art.4

Diniz, N.C. et al. 2006. Casos históricos de ruptura de presas de relaves en Brasil: propuesta de geoindicadores para el monitoreo. Boletín Geológico y Minero,117 (2): 265-275ISSN: 0366-0176

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Casos históricos de ruptura de presasde relaves en Brasil:

propuesta de geoindicadores para el monitoreo

N.C. Diniz, E.A. Beirigo, I.C. Matheus, L.F.M. Ribeiro y L.M.C.Tejada

Universidade de Brasília-UnB. 70910-900. Brasília/DF. BrasilE-mails: [email protected] - [email protected] - [email protected] - [email protected] - [email protected]

RESUMEN

En la industria mineral existe la técnica de construcción de presas construidas con los propios relaves del proceso de extracción, para pos-teriormente sean ellos mismos dispuestos y contenidos dentro de aquellas estructuras. Al hacer un levantamiento histórico de aquelmétodo de disposición, se pueden identificar varios casos de rupturas en todo el mundo a lo largo de los últimos años. Mediante el estu-dio de casos históricos de rupturas, ha sido posible identificar características geológico-geotécnicas que indican, a lo largo del tiempo, lasusceptibilidad a la ocurrencia de estos eventos. En este trabajo son propuestos geoindicadores como herramientas para el monitoreo depresas de relaves. Esta propuesta es fundamentada, especialmente, en los análisis de las rupturas ocurridas en Brasil en los últimos años.

Palabras clave: Brasil, geoindicadores, presas de relaves

Historical cases of tailing dams failure in Brazil: propose of geoindicators for monitoring

ABSTRACT

Tailings dams are very common in mining activities. Analysing these structures, one can be find several cases of failure reported alongthe years in different parts of the world. Studying some historical cases of tailings dam failures, one can identify the geological andgeotechnical characteristics which may indicate the susceptibility to the occurrence of these events. Geoindicators are proposed to beused as tools for tailings dams monitoring in this work. This proposal is based on the analysis of the failures occurred in Brazil in the lastfew years.

Key words: Brazil, geoindicators, tailing dams

Introducción

La posibilidad de construir presas hechas con los pro-pios relaves que van a ser contenidos posteriormen-te, es una alternativa muy utilizada en minería. Alhacer un levantamiento del histórico de estas estruc-turas, se pueden identificar varios casos de rupturasen todo el mundo a lo largo de los últimos años.Además, del impacto físico y económico provocadopor las rupturas de estas presas y la liberación demasas contenidas en ellas, por las características quí-micas de los relaves el daño ambiental puede sertodavía mayor. El monitoreo del comportamiento deestas estructuras, durante y después de su vida útil,es un factor importante a ser observado en el planea-miento de medidas de control y seguridad.

Técnicas de diseño y ejecución de presas de con-tención de relaves son bastante difundidas teniendo

como principales variables: el método de construc-ción empleado y las características geotécnicas delmaterial a ser contenido. Estos factores son muyimportantes en el inicio de la fase de diseño, predo-minándose el cálculo de la geometría general de lapresa, sistema interno de drenaje y protección, porotro lado las condiciones de cimentación, caracterís-ticas socio-económicas y ambientales del entornoayudan a determinar la ubicación de la estructura. Eninformes sobre rupturas de presas encontrados en laliteratura mundial, puedese verificar que gran partede ellas está relacionada, principalmente, a factorescomo: método constructivo, geometría de la presa,sistema de drenaje, filtración interna, cimentación yagentes naturales (p.e. terremotos y tempestades). Elestudio de estas rupturas ha posibilitado discusionesal respecto de la seguridad de estas estructuras y elsurgimiento de propuestas de medidas de control.

Al estudiarse casos históricos de rupturas, funda-mentados en la metodología comparativa y generali-zada de análisis, ha sido posible identificar caracterís-ticas geológico-geotécnicas que indican, a lo largodel tiempo, la susceptibilidad a la ocurrencia de estoseventos. Técnicas de investigación e instrumentacióngeotécnica, ampliamente conocidas, son muchasveces subutilizadas. En este trabajo, intentando supe-rar este hecho, son propuestos geoindicadores comoherramientas de monitoreo de presas de relaves.Esta propuesta es fundamentada, especialmente enel análisis de rupturas ocurridas en Brasil en los últi-mos años.

Metodología

Los estudios para identificación de geoindicadorespara el monitoreo de presas de relaves se iniciaroncon el análisis de trabajos de conocimiento generalcomo los publicados por el Comité Internacional deGrandes Presas (1999) y por la Agencia de Protecciónal Medio Ambiente de los Estados Unidos (1994). Sinembargo, para detallar otros casos fue utilizada unabibliografía más específica, como las ejemplificadasen la Tabla 1. A lo largo de esta investigación, segeneró un banco de datos sobre las más grandes rup-turas ocurridas en los últimos 45 años, contabilizandomecanismos de ruptura, agentes detonadores, méto-do de construcción, materiales de construcción ymateriales contenidos. Especialmente, el estudio derupturas ocurridas en los últimos 20 años fueron cata-logadas informaciones de instrumentos de monito-reo adoptados, geometría general de la presa, siste-ma de drenaje, filtración interna, cimentaciones yentorno ambiental.

Se debe resaltar que este trabajo no tiene comoobjetivo totalizar todos los casos de ruptura de presasde relaves ocurridos en la historia y publicados en laliteratura.

Con base en el estudio de tres casos de rupturasocurridas en presas de relaves en Brasil (citadasanteriormente), se buscó identificar característicasgeológico-geotécnicas del comportamiento de estaspresas. Al final, es propuesta la utilización de estascaracterísticas como geoindicadores para el monito-reo de su comportamiento a lo largo de su vida útil.

Panorama mundial

Fundamentado en el levantamiento de datos realiza-dos en este estudio, se presenta en la Tabla 2 unpanorama de los principales casos de ruptura de pre-

sas de residuos en el mundo, durante los últimos 40años. Para cada caso, se busco identificar las causasy los agentes desencadenadores de la ruptura.

Casos estudiados

Presa de la Mina de Fernandinho - Brasil(Parra y Lasmar, 1987)

La presa de relaves de la Mina de Fernandinho es pro-piedad de Itaminas Comercio de Minérios S/A y estáubicada en el municipio de Itabirito/MG. En la épocadel accidente, la presa estaba con aproximadamente40 m. de altura y con un nivel de relaves a 2 m. por

Diniz, N.C. et al. 2006. Casos históricos de ruptura de presas de relaves en Brasil: ... Boletín Geológico y Minero, 117 (2): 265-275

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Caso Histórico Referencia bibliográfica

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Mina do Fernandinho.

Pico São Luiz Parra, P.C. y Ramos, J.V. 1987. Brasil (1986) Ruptura, recuperação e estabilização

da barragem de rejeitos da Mina doPico São Luiz.

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July 1985. Proceedings.

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Los Frailes Martínez, A.G. y Gomez, D.C. 2002. España (1998) Geomecánica de la ruptura de la pre-

sa de residuos de Aznalcóllar y susconsecuencias medio ambientales.

Aitik Göransson, T. et al. 2001.Suiza (2000) Dam failure at the Aitik mine:

Investigations, conclusions andmeasures taken.

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Mineração Río Verde Gomes, R.C. et al. 2001.Brasil (2001) Laudo pericial da ruptura do dique

de contenção de rejeitos de minériode ferro da cava C1 da Mineração RioVerde Ltda, localizada no municípiode Nova Lima / M.G.

Tabla 1. Casos históricos de ruptura estudiados y principales biblio-grafías utilizadasTable 1. Historical cases of failures studied and main bibliographicsources used


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Tabla 2. Panorama mundial de las principales rupturas ocurridasTable 2. World panorama of main tailing dams failures

Fechade la ruptura

3/10/2003

22/6/2001

8/9/2000

10/3/2000

30/1/2000

25/4/1998

22/10/1997

1/5/1996

19/8/1995

Empresaminera

Cia MineraCerro Negro

MineraRío Verde Ltda

Boliden Ltda

Remin S.A.

Aurul S.A.

Boliden Ltd.,Canada

BHP Copper

-

Cambior Inc.,Canada;

Golden StarResources Inc.,

USA

Presa /Localización

Cerro Negro,Chile

Minas Gerais,Brasil

Aitik mine,Gällivare,

Suecia

Borsa Mare,Rumania

Baia Mare,Rumania

Los Frailes,Aznalcóllar,

España

Pinto Valley,Arizona, USA

Sgurigrad,Bulgaria

Omai, Guinea

Tipo de mineral

Cobre

Hierro

Cobre

Zinc

Oro

Zinc, Cobrey Plata

Cobre

Zinc, Cobrey Plata

Oro

Métodoconstructivo

Aguas Arriba

Aguas Arriba

-

-

InicioAguas Abajo

y continuaciónAguas Arriba

-

-

Aguas Arriba

-

Tipo deaccidente

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturaen la crestade la presa

Ruptura dela cimentación

de la presa

Rupturadel talud

aguas abajode la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Causasde la ruptura

-

Ineficienciadel sistema dedrenaje interno

de la presa

-

-

-

Resistenciadel material de

cimentación

-

Licuefacciónde los relaves

Elevacióndel nivel de

agua próximoa la presa

Agentes desencadenadores

-

Elevacióndel nivel de

agua próximoa la presa

Elevaciónde las fuerzasde percolaciónen relación alas fuerzas

de interacciónentre

las partículas

Lluvia intensa

Lluvia intensa,seguida de

sifoneamientoen la presa

“piping”

-

-

Lluvia intensa

Sifoneamiento“Piping”


268

Tabla 2 (bis). Panorama mundial de las principales rupturas ocurridasTable 2 (bis). World panorama of main tailing dams failures

Fechade la ruptura

05/86

2/10/1986

3/3/1965

27/3/1965

28/3/1965

28/3/1965

29/3/1965

28/3/1965

28/3/1965

Empresaminera

ItaminasComercio

de Minerios

Mineração PicoSão Luiz

CompañíaMinera

Cerro Negro

-

CompañíaMinera

Cerro Negro

ENAMIEmpresaNacional

de Minería

ENAMIEmpresaNacional

de Minería

-

-

Presa /Localización

Fernandinho,Minas Gerais,

Brasil

Pico São Luiz,Minas Gerais,

Brasil

Cerro NegroNo.4, Chile

Bellavista, Chile

Cerro NegroNo.3, Chile

El Cobre NewDam, Chile

El Cobre OldDam, Chile

La PataguaNew Dam,

Chile

Los Maquis,Chile

Tipo de mineral

Hierro

Hierro

Cobre

Cobre

Cobre

Cobre

Cobre

Cobre

Cobre

Métodoconstructivo

Aguas Arriba

Aguas Arriba

Aguas Arriba /Línea de centro(combinación)

Aguas Arriba

Aguas Arriba

Aguas Abajo

Aguas Arriba

Aguas Arriba

Aguas Arriba

Tipo deaccidente

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Rupturageneral

de la presa

Causasde la ruptura

Inclinaciónexcesivadel talud

aguas abajode la presa

Métodoconstructivode la presainadecuado


-






Agentes desencadenadores

Reduccióngradual de laoperabilidad

del sistema dedrenaje interno

de la presa

Sismo

Sismo

Sismo

Sismo

Sismo

Sismo

Sismo


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debajo de la cresta. La presa presentaba diversoscompartimentos en los cuales los relaves eran distri-buidos de forma aleatoria.

El desecho producido era proveniente de los pro-cesos de extracción de hierro y consistía en una arenamuy fina, limosa, con proporciones de finos de hierroque variaban de un lugar a otro, con muy poca arcillay algo de mica. Estos relaves eran lanzados en puntoslejanos del cuerpo de la presa, haciendo que la frac-ción fina se sedimentase cerca a la cresta. Las cons-trucciones sucesivas eran realizadas aguas arriba,sobre los relaves sedimentados en el reservatorio, encapas de gran espesor (de 1 a 2 metros), sin una com-pactación adecuada (Figura 1).

La presa estaba ubicada en una zona de contactode la cuarcita del Grupo Caraça e Itabirito de laFormación Cauê, ambos del Supergrupo Minas. Elprimero se encontraba en una posición sub-vertical,en la margen derecha del valle, con exposiciones ele-vadas y encontrándose intensamente fracturado. Enlos accesos de la margen izquierda, fue observada laroca filita de color gris claro, en transición con la zonadel afloramiento del Itabirito. Se ha especulado sobrela existencia, en zonas cercanas, de depósitos de are-nas resultantes del desgaste de la cuarcita, acumula-dos en la línea de drenaje, en caso sea de ocurrenciacontinua, podría haber sido un papel significativo enel estrato drenante.

La ruptura de la presa ocurrió el 16 de mayo de1986, causando el movimiento de un volumen dematerial estimado de 350000 m3. Según el relato depersonas que presenciaron el accidente, la rupturaocurrió en dos etapas. En la primera, hubo rupturalenta cerca de la ladera derecha, involucrando la zonainundada, seguida de un estallido, luego ocurrio elcolapso total, originando una masa de lodo (Figura 2).En el momento del accidente, había cuatro equiposen la cresta de la presa que fueron arrastrados por lamasa ya licuefactada, junto con sus operadores. Todala vegetación y suelo superficial presentes en el cami-no de la ola de lodo fueron removidos, dejando unasuperficie con aspecto desértico.

En el estudio de este caso, no ha sido encontradoningún informe de la existencia de instrumentos paramonitoreo de la presa. Como esta no sufría incre-mentos en su altura, los dos años anteriores a la rup-tura, fueron descartados el aumento de sobrecargaen la cuña activa y en la elevación de la presión pie-zométrica, como las posibles causas del accidente.Además, en el período de ruptura no había llovido yni habían ocurrido detonaciones, existiendo comoagente externo apenas la presencia de tres camionesy un tractor de carga que estaba funcionando cercade la cresta.

El talud aguas abajo del trecho fracturado teníauna inclinación media de 42º, observándose algunasgrietas longitudinales discretas en el resto del talud.Este ángulo de inclinación era semejante al ángulo defricción interno efectivo para el material, obtenido enensayos de laboratorio. Esta condición llevó a un fac-tor de seguridad de deslizamiento cercano a 1.0 parael talud drenado. El compartimento del reservatoriodonde ocurrió la ruptura, se encontraba con una lámi-na de agua de un metro.

Con el análisis de la situación y de los factoresinvolucrados, se concluyó que el deslizamiento ocu-rrió debido al hecho de que, tanto la inclinación comola altura del talud no eran compatibles con la resis-tencia al cizallamiento del material y con las presio-nes piezométricas desarrolladas en el depósito de re-laves. Aunque la presa se encontraba estable con estainclinación y con esta altura por cerca de dos años,estos factores no pueden ser considerados comocausas aisladas para el evento. Según los estudios,como la resistencia al cizallamiento no se alteró subs-tancialmente en el período, el único factor que podríahaberse modificado era el del nivel del agua en el

Fig. 1. Situación anterior a la ruptura (Parra y Lasmar, 1987)Fig. 1. Situation prior to failure (Parra y Lasmar, 1987)

Fig. 2. Etapas de la ruptura (Parra y Lasmar, 1987)Fig. 2. Failure stages (Parra y Lasmar, 1987)

reservatorio, adyacente a la presa. Como no habíanocurrido lluvias en el período, fue admitido que el sis-tema de drenaje existente en la fundación de la presaperdió, poco a poco, su eficiencia debido a la colma-tación provocada por finos, ocurriendo la elevaciónde la línea piezométrica. Estos factores llevaron altalud a una situación crítica que, asociada al hecho dela presencia de cuatro equipos trabajando al mismotiempo en la cresta de la presa, llevó a su ruptura.

Presa de la “Mina do Pico São Luiz” - Brasil(Parra y Ramos, 1987)

La presa empezó a operar hace 24 años conteniendorelaves provenientes de la explotación de la Mina doPico São Luiz. Esta presa se encuentra localizadaaguas arriba del ferrocarril Alegría - Fábrica EFVM.

La presa poseía, cerca de 20 metros de altura en laépoca de la ruptura y estaba prevista una altura finalde 30 metros. Los taludes aguas arriba y aguas abajopresentaban una inclinación media de 1V:1.1H (42º),sin bermas intermediarias, con un ancho de crestade 10.0 metros y 80.0 metros de largo. El cuerpo dela presa había sido construido a partir de incrementossucesivos de 3.0 metros, mientras el reservatorioera colmatado. Estos incrementos eran realizadosen la punta del relleno, con el material siendo lanza-do en la cresta aguas abajo, sin una compactaciónadecuada. El nivel del agua del reservatorio era con-trolado por un vertedero en la ladera derecha, demanera que estaba siempre 3.0 metros abajo de lacresta de la presa, pudiéndose elevar hasta 1.5metros, eventualmente.

El material utilizado en la construcción de la presafue Itabirita (hierro) con características pobres, fria-ble, con granulometría en la faja de arena fina y confragmentos laminares de Itabirita dura. La cimenta-ción de la presa, en zona de laderas, era formada poruna costra de concreción laterítica muy resistente yde elevada permeabilidad, en cuanto que en el fondodel valle de la presa estaba apoyada sobre un depó-sito de arcilla blanda sedimentaria de aproximada-mente, 7.0 metros de espesor.

La presa empezó a presentar problemas en juniode 1985 cuando un sector del relleno junto a la lade-ra izquierda se rompió, generando un desplazamien-to del material de cimentación de 30.0 a 40.0 metrosde distancia. La altura del relleno en este lugar era de15.0 metros y la recuperación de este sector fuehecha por medio del lanzamiento de bloques deItabirita dura. Sin embargo, se observó que el eje dela presa fue curvado hacia aguas arriba debido a laocurrencia del surgimiento de agua en la salida del

relleno, significando así el lanzamiento de parte delmaterial sobre el relleno acumulado en el reservato-rio. Fue también ejecutada una plataforma con blo-ques de Itabirita, en el pie de la presa aguas abajo,intentando aumentar su estabilidad.

En una inspección realizada en la presa en julio de1986, fue observada la existencia de una gran zonacon salidas de agua abajo del relleno, que alcanzó 4.0ó 5.0 metros arriba de la cota de la plataforma haciaaguas abajo. No fueron constatados indicios de laocurrencia de arrastre de partículas sólidas, pues elagua se presentaba relativamente limpia. Fueronobservadas también algunas grietas en el talud aguasabajo, a un metro de la cresta, ocurriendo debido amovimientos superficiales del material en polvosobre la pendiente del relleno, sin descartarse la hipó-tesis de ocurrencia de movimientos más importantes.La zona central de la pendiente del relleno también seencontraba fracturada, aunque los movimientos ocu-rridos no fueron tan extensos como los del ladoizquierdo. El talud se encontraba con grietas y salidasgeneralizadas de agua. Para el monitoreo de la presa,fueron ejecutados entonces tres sondeos a percusiónen la cimentación aguas abajo de la plataforma delpie de la presa e instalados tres medidores de nivelde agua abajo de la cresta de la presa. Fue ejecutadotambién, un dren de grava fina al pie del relleno y unaberma de 3.0 metros de altura.

A partir de los resultados de las investigaciones,en septiembre de 1986 fue iniciado un proyecto parala estabilización de la presa y del vertedero existente,fue considerada la posibilidad de realizar elevacionesfuturas. Sin embargo, antes de concluir la obra, lapresa fue elevada más de 3.0 metros por necesidaddel proyecto. El vertedero fue también elevado en0,80 metros, el día 1 de octubre del mismo año utili-zándose bloques con costra de concreciones. En lanoche del mismo día, el agua ya pasaba por el verte-dero, considerándose adecuado el comportamientode la estructura por los operarios de la obra. Pocotiempo después, en la madrugada del día 2 de octu-bre, la presa estaba rota exactamente en la zona delvertedero, permaneciendo el resto del relleno intacto.

Las posibles causas del accidente y de la rupturafueron mejor comprendidas con inspecciones realiza-das en la zona después del desastre. El material natu-ral de la ladera derecha, que era constituido por unhorizonte de concreciones lateríticas con elevada per-meabilidad, quedó expuesto debido a la erosión dematerial del relleno. En la cimentación de la cuña deruptura, el material expuesto era constituido por unalaterita arcillosa muy resistente, concluyéndose quela ruptura no se desarrolló en este material y ocu-rriendo solamente en el relleno.


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De las hipótesis formuladas en la tentativa deexplicar como el proceso de ruptura comenzó, sepueden citar:- Erosión superficial junto al vertedor, llevando pos-

teriormente a la erosión del relleno;- Ocurrencia de un proceso de erosión interna

regresiva (sifoneamiento) del material del relleno,que ocurrió debido a la alta permeabilidad delmaterial de cimentación en relación a la del relle-no y/o por la heterogeneidad de la permeabilidaddel macizo en la zona del vertedero;

- Aumento de la presión piezométrica debido a lasubida del vertedero, modificando las condicionesde equilibrio del macizo.Las dos primeras hipótesis estarían relacionadas a

la baja resistencia, a la erosión del material del relle-no y la inexistencia de un sistema de drenaje interno.

Además, considerando el estado de fluidez en quelos relaves se encontraban ha sido concluido que elrelleno colapsado sufrió antes de la ruptura, el fenó-meno de licuefacción y que estaría relacionado a con-diciones como: saturación de una gran parte delmacizo debido a la inexistencia de un sistema de dre-naje interno, estado suelto del relave con un índice devacíos superior al crítico debido al método construc-tivo y por la granulometría del material, que consistíaen una arena fina limosa con poca arcilla.

Los daños causados por la ruptura alcanzaron unadistancia superior a 10 kilómetros, a pesar de lapequeña declividad del cauce, la ola de lodo alcanzócerca de 2,0 a 3,0 metros de altura. Fueron alcanzadosuna vía de ferrocarril y un pequeño puente de hormi-gón, localizados aguas abajo de la presa.

Un proyecto de estabilización de la presa fue ela-borado, el cual incluyó: recuperación de la misma conla construcción de un dique aguas abajo, la recompo-sición de la zona damnificada, la construcción de unnuevo vertedero, bermas de equilibrio y un sistemade drenaje interno. Para el proyecto de estabilización,buscándose obtener una nueva geometría que garan-tizase la seguridad de la presa fueron realizados aná-lisis de estabilidad que consideraron los factoresobtenidos del monitoreo realizado: la presa estabacimentada sobre un estrato de arcilla blanda de apro-ximadamente 7.0 metros de espesor, de acuerdo conlos resultados de perforaciones; y el trazado de la redde flujo pudo ser realizado a partir de la determina-ción de la posición del nivel freático, obtenido a par-tir de los medidores del nivel de agua instalados en lapresa. Sin embargo, los parámetros de resistencia delos materiales del relleno y de la cimentación fueronobtenidos a partir del retro-análisis y fue adoptado unfactor de seguridad mínimo de 1.5 para la condiciónde flujo permanente, en función de los riesgos invo-lucrados en la ruptura de la presa.

Después de definir la nueva geometría de la presa,el comportamiento de esta fue satisfactorio y enincrementos posteriores, en cuanto su altura, fueronrealizados con alteración del método constructivo. Ellanzamiento pasó a ser realizado en capas de 0.50metros de espesor y compactado con el propio equi-po de transporte, además de la utilización de bermasde estabilización.

Ruptura de la excavación C1 de la Empresa MineraRío Verde - Brasil (Gomes et al., 2001)

La Empresa Minera Río Verde Ltda (MRV) realiza en elmunicipio de Nova Lima / MG - Brasil, actividades deexplotación de hierro y la consecuente disposición derelaves de este mineral. En el año 2001, la infraes-tructura para la disposición de los relaves era carac-terizada por dos presas de contención en operación.De estas, la principal presa de contención de relavesera la llamada Excavación C1, que era una antiguazona de explotación de hierro.

La Excavación C1 está ubicada en el extremo nortede la mina, con los bordes Sur y Oeste en cotas topo-gráficas superiores a los correspondientes al Norte yEste. La zona Este se encuentra limitada por la vía deacceso que lleva al distrito de San Sebastián deAguas Claras circundada por la periferia de la ciudad.La excavación pasó a ser utilizada como depósito derelaves de hierro de los nuevos frentes de operación,cuando su explotación fue interrumpida en el año1990. Esto ocurrió por restricciones impuestas por lapropia geometría de la excavación, que contaba conaproximadamente 500 m. de largo, 120 m. de anchoy 100 m. de profundidad. Los relaves de granulome-tría fina y elevado contenido de hierro eran lanzadosal extremo sur de la estructura de contención y sesedimentaban a lo largo de la misma. De acuerdo conlas características de deposición comunes en estetipo de situación, la parte gruesa y más pesada de losrelaves se sedimenta más rápido. En este caso, laparte fina con líquidos se direccionó para la zona deldique Norte, esto sumado a la inexistencia del siste-ma de drenaje interno, contribuyó claramente para laelevación del nivel freático en la presa, alcanzandoniveles inaceptables.

En el segundo semestre de 1994, cuando el depó-sito de relaves alcanzó los límites de altura de la exca-vación, comenzó la segunda fase del proyecto con laimplantación de diques de contención a lo largo delos bordes Norte y Este de la excavación, buscando larecomposición topográfica de la geomorfología origi-nal. Para esto, se procedió a la ejecución de diquesiniciales de regularización y conformación general de

los límites Norte y Este de la excavación, a partir deeste dique inicial, fueron ejecutados incrementossucesivos por el método constructivo de aguas arri-ba, con la construcción de diques de 10 m. de alturay 15 m. de ancho. Se observó en los últimos, queincrementos realizados antes de la ruptura, el anchode los diques fue visiblemente menor que el declara-do. El 22 de junio de 2001 ocurrió la ruptura del bordeNoreste de este sistema de contención, cuya cresta seencontraba a 25 m. arriba de la cota de la cresta deldique final de la excavación, con alturas superiores a40 m. en relación a los bordes. En este instante, elperímetro de la estructura de contención de relavesera de aproximadamente 1130 m., con una seccióntransversal de 45300 m2 y taludes con inclinacionesmedias de aproximadamente 1V:1.8H. Vale la penaresaltar que esta inclinación del talud es muy acen-tuada para las condiciones geomorfológicas locales ypara este tipo de estructura. La ruptura presentódimensiones de más o menos 330 m. de ancho, a lolargo del dique de contención, lo cual liberó inmedia-tamente, 530000 m3 de relaves acumulados (Figura 3).Además de rupturas retrogresivas en la presa y con-secuentemente de su contenido, el movimiento demasa principal causó la ruptura del suelo natural delos bordes de la excavación, alcanzando un volumentotal estimado de 690000 m3.

El material deslizante alcanzó una carretera y sedirigió hacia los cauces de agua adyacentes y debidoa la topografía extremamente accidentada de la zona,este movimiento se dio rápidamente, así alcanzandouna extensión de aproximadamente 6.3 km., con unancho promedio estimado de 60 metros y un desniveltotal de 400 metros. Ocurrió una depositación de losmateriales movilizados en depresiones encontradas alo largo del camino, colmatando cauces y exponien-do otras zonas a la erosión y causando nuevas ines-tabilidades. En esta zona fue afectada una bocatomade agua de la compañía de abastecimiento de esteservicio del estado.

Las observaciones técnicas siguientes no fueronconsideradas en el proyecto de implantación de lapresa de contención de relaves en la Excavación C1:- Lanzamiento de los relaves junto a la presa hacia

aguas arriba, manteniendo una lámina de aguaapartada de la estructura de contención. En estecaso, el lanzamiento ocurrió aguas arriba y endirección al dique;

- Las características tecnológicas de los relaves,buscándose evaluar su capacidad de carga comocimentación a los incrementos de altura poste-riores;

- Cálculo de proyecto y adopción de dispositivos dedrenaje y filtración internos adecuados al caso;

- Las características tecnológicas de los materialesutilizados en los rellenos de los diques de conten-ción, donde se debe incluir los constituyentes delos bordes de la excavación y los materiales depréstamo;

- Monitoreo de la estructura de contención y de lasladeras durante su operación, identificando varia-ciones en el nivel freático y la ocurrencia depequeños desplazamientos, además de otros indi-cios de su mal desempeño.

Monitoreo de presas de relaves

Son diversas las causas que hacen necesario el moni-toreo de presas de relaves, siendo un ejemplo deesto: los problemas ambientales, las situaciones deriesgo y la necesidad de acompañamiento a largoplazo, dentro de sistemas de acciones de emergencia.

La manera de disposición de relaves en presas deminería, generalmente construidas con la técnica delrelleno hidráulico, que pueden llegan a tener 60 m.,con grandes áreas de acumulación de relaves,pudiendo provocar problemas ambientales graves,como polución física o físico-química de fuentes deagua, alteraciones en el paisaje y hasta pérdidas devidas humanas.

Un mayor número de presas de relaves surgió enBrasil desde los años setenta, casi al mismo tiempo,las exigencias ambientales sobre las empresas deminería se incrementaron, debido a la preocupación


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Fig. 3. Excavación C1 indicando la dirección de la ruptura, su efec-to retrogresivo y la ruptura de los materiales adjacentes (Gomes etal., 2001)Fig. 3. Excavation C1 indicating failure direction, its retrogresiveeffect and the failure of adjacent materials (Gomes et al., 2001)


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y a la legislación ambiental, ya que en el aspecto desustentabilidad de la actividad minera, una funciónmuy importante es lo referente a la presa de relavesy su adecuado control.

Con gran frecuencia, los efectos de las rupturascausan impactos con distintos grados de severidad,con respecto a los aspectos económicos, ambienta-les, de seguridad del personal y de violación de lalegislación ambiental. Una herramienta para identifi-car y evaluar los riesgos por orden de importancia esel FMEA (Failure Modes and Effects Analysis), segúnRobertson y Shaw (2003), osea el análisis de los tiposy efectos de las rupturas. Esta herramienta posibilitaevaluar la responsabilidad sobre los riesgos y cuanti-ficar los impactos de las rupturas de las presas derelaves. Para aplicar esta metodología, la cual permi-te evaluar una combinación de probabilidades y con-secuencias de rupturas, es necesario conocer losmecanismos que llevan al colapso de las mismas ysus parámetros, además de los equipos o procesosinvolucrados y los efectos de tales rupturas en todo elsistema del cual hacen parte dentro de su entorno,también incluyendo la vida y la seguridad de las per-sonas.

Robertson (2001) y Robertson y Shaw (2003) pre-sentan una escala de clasificación fundamentada enla premisa de que el riesgo es proporcional a:a. Factores específicos del sitio o riesgo inherente;b. Aplicación de criterios intencionalmente acepta-

dos, normas, directrices y métodos;c. Precedentes demostrados;d. Capacitación, habilidad y compromiso del equipo

de proyecto, construcción y operación;e. Monitoreo de comportamiento imprevisto;f. Disponibilidad de tiempo y métodos;g. Riesgo operacional y de gestión.

La principal aplicación de la evaluación de riesgoson los Planes de Acción para Emergencias (PAE),según Viseu y Almeida (2000) que son exigidos en vir-tud del nivel de riesgo que la actividad puede causar.El PAE debe ser elaborado para cada presa, a menosque las consecuencias de la ruptura de esta seanbajas. La definición de la necesidad de preparacióndel PAE deberá ser tomada por medio de análisisespecíficos, en función de las condiciones de riesgoaguas abajo.

Son varias las causas de las situaciones de emer-gencia, como eventos sísmicos, inundaciones, ero-sión, hundimientos, saturación, grietas, fugas deagua, filtración, flujos y sumideros, además de lectu-ra errada de los instrumentos. Estos eventos, segúnMenescal y Miranda (1997), pueden contribuir direc-tamente a la ruptura de la presa, también para cadauno de los eventos potenciales deben de ser realiza-dos monitoreos.

En Brasil, el PAE es de responsabilidad del propie-tario de la presa, siendo su ausencia un agravante desu responsabilidad por negligencia, en el caso de queocurra algún daño (Milonas, 2005). Los programasreguladores varían de estado a estado, de una mane-ra general, son responsables por la revisión y apro-bación de los Planes de Acciones Emergenciales(Veesaert et al., 2005).

La responsabilidad, que un sistema integre losdiversos PAE´s, es de las autoridades públicas y de lascompañías mineras, siendo la identificación de ries-gos, solamente hecha si se conocen bien los indica-dores de estos, o sea los parámetros observados ylos medidos o monitoreados. Por lo tanto, es funda-mental la definición de geoindicadores que sean apli-cables en este sistema integrado, que funcione almismo tiempo, para las políticas públicas ambienta-les, de defensa civil y que sean adaptados por losdatos de monitoreos de los sistemas PAE de las com-pañías mineras.

Geoindicadores

Para la evaluación del comportamiento geológico-geotécnico de las presas de relaves, es común la apli-cación de parámetros relativos solamente referentesa la estructura de la presa. Sin embargo, debido a ladiversidad de variables ambientales involucradas enlos accidentes de rupturas de presas de relaves, tantoen las causas como en las consecuencias, se conside-ra adecuada la utilización de geoindicadores para elmonitoreo. Especialmente, cuando se considera quelos condicionantes geológicos son los responsablespor varias rupturas, ya informados en los casos his-tóricos. Los geoindicadores son aplicables también alos elementos que generan cambios e impactos almedio físico.

Geoindicadores son definidos como medidas dealta resolución y corto plazo (<100 años) de los cam-bios en los procesos y fenómenos geológicos queocurren en la superficie de la Tierra o cerca a ella, quesean significativos para el monitoreo ambiental y surespectiva evaluación. Ellos miden tanto eventoscatastróficos como eventos graduales que involucranla evolución humana (Berger y Iams, 1996; Coltrinari,1996; Campagnoli, 2002; Zuquette et al., 2004). Estosgeoindicadores constituyen los procesos abióticosque transcurren en los diferentes ambientes terres-tres, estos ambientes pueden ser modificados porcausas naturales o antrópicas.

Los geoindicadores describen procesos y paráme-tros ambientales que pueden cambiar sin la interfe-rencia humana o por medio de actividades antrópicas

que pueden acelerar, retardar o desviar el curso nor-mal de estos procesos naturales.

En presas de relaves que involucran condicionan-tes geológicos en sus cimentaciones y en sus laderas,podrían utilizarse geoindicadores en sus respectivossistemas de monitoreo, tanto en un abordaje preven-tivo como en los estudios de impactos de accidentesde rupturas y sus consecuencias.

Hay que considerar que los registros y medidas delos distintos geoindicadores deben seguir un progra-ma de monitoreo con una frecuencia mínima sugeri-da. De igual manera, los puntos de muestreo de estosgeoindicadores van a depender directamente de laescala con la cual se esté trabajando y de la red demuestreo sugerida para dicha escala, como tambiénde los sitios representativos de cada uno de losgeoindicadores, o sea, donde se desarrollan los dife-rentes procesos físicos relacionados.

En un abordaje geológico-geotécnico algunos deestos geoindicadores son considerados relevantespara medidas de procesos del medio físico recientesen zonas tropicales (Diniz, 2000; Diniz, 2002), como:erosión de suelos y sedimentos (ton/Ha/año), desliza-mientos de hombreras (m2/ evento x lluvia acumula-da mm/día); colmatación (estratigrafía del depósito(m3/ ton/ año); actividades kársticas (m2/ número deocurrencias); sismicidad (intensidad MM/ número deocurrencias); expansión y colapsividad de suelos (m2/número de ocurrencias). Otros geoindicadores seríanaplicables en caso de monitoreo de presas de relaves,como: granulometría; frecuencia de vibraciones cer-canas; compresibilidad; hundimientos, nivel freático;conductividad hidráulica del material de fundación;resistencia al cizallamiento; movimientos de masa enel relleno de la presa, precipitación máxima diaria(mm/dia); licuefacción; número de infraestructuras,edificaciones existentes y número de personas queviven aguas abajo.

Estos geoindicadores pueden ser documentadosusando y unificando la información geoambientalexistente en los bancos de datos de catástrofes depresas de relaves, basados en los sistemas de moni-toreo preventivos, como los PAE´s de las empresasmineras y de Defensa Civil.

Conclusiones

El control de las situaciones de riesgos de rupturade presas de relaves, como también la prevenciónpara evitar pérdidas humanas y de impactos al medioambiente causadas por estos accidentes, serán másefectivas si son consideradas medidas sistemáticas,con monitoreamiento de los parámetros geológico-

geotécnicos esenciales para el entendimiento delos mecanismos de ruptura y sus consecuencias condirección aguas abajo. Basado en estas considera-ciones y en el análisis de rupturas ocurridas en Brasilen los últimos años fueron propuestos geoindicado-res como herramientas de monitoreo de presas derelaves.

Por lo tanto, en presas de relaves, que presentancondicionantes geológicos en sus cimentaciones yladeras, podrían utilizarse geoindicadores en sus sis-temas de monitoreamiento integrados a los PAE´s,tanto en un abordaje preventivo como en los estudiosde impactos ambientales producidos por los acciden-tes de rupturas de presas de relaves y sus respectivasconsecuencias.

Estos geoindicadores, en caso sean adoptadoscomo padrones comunes, se pueden aplicar demanera integrada a los sistemas PAE´s privados ypúblicos, atendiendo al mismo tiempo, las demandasde Defensa Civil, de las instituciones ambientalistas yde las compañías mineras. La identificación de losriesgos, solamente puede ser hecha desde que seconozcan bien los indicadores de riesgo, o sea losparámetros observados y medidos en el campo y/omonitoreados, para el acompañamiento y control delcomportamiento estructural e hidráulico de la presa,para identificar previamente los indicios de rupturas,subsidiando así, la prevención de accidentes y evi-tando los diversos daños.

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Recibido: mayo 2005Aceptado: abril 2006

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