1 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN2 ING. RALALBERTO ACTISIng. Ral Alberto ACTISDIQUES DE COLAS MINERASCLCULO, DISEO, CONSTRUCCINY OPERACINEditado por laFundacin EMPREMINEditado en el marco del convenio entre la Direccin Nacional deMinera y la Fundacin Empremin.4 ING. RALALBERTO ACTISLic. Miguel GuerreroDIRECTOR NACIONALRoberto C. MirPRESIDENTE DE LA FUNDACINPRLOGOLa Fundacin EMPREMIN es la institucin creada por la Secretara de Minera dela Nacin para servir de nexo entre las industrias mineras y los organismos de investi-gacin y desarrollo tecnolgico bajo su dependencia. De este modo los investigadoresy tcnicos de los Institutos de Tecnologa Minera y de Geologa y Minera vuelcan sutrabajo a la productividad y el desarrollo social.La actividad extractiva minera genera grandes volmenes de material estril, pro-ducido tanto en la etapa de la extraccin primaria como a partir de los procesos debeneficio, y que es utilizado en muchos casos para facilitar las tareas mineras. Con fre-cuencia su ubicacin temporaria constituye un desafo para el proyecto minero quedebe disponer de estos desechos, minimizando su efecto visual y contaminante. La dis-posicin del material se efecta normalmente en los llamados diques de colas mineras.El Ing. Raul Actis, un especialista en la construccin de presas y diques tanto de mate-rial como de tierra, ha aplicado sus conocimientos al estudio del mejoramiento de laconstruccin de los diques de colas, considerando que no constituyen obras civilesmenores, si no que por su contenido y relacin con el proceso productivo minero pose-en una importancia vital para que el mismo pueda ser desarrollado.El libro que hoy presentamos contiene una amplia descripcin de las tcnicas deconstruccin de los diques de colas, su operacin y mantenimiento. Su aplicacin ser-vir para dar un sustento positivo a las actividades mineras en lo que se refiere a su rela-cin con el medio ambiente y, por consiguiente, al entorno social en que se desarrollan.No hay que olvidarse que la mayora de los cuestionamientos a las actividades minerasestn dirigidos a la disposicin de los desechos. Es por ello que consideramos que ellibro constituye un aporte sustancial a la promocin de la actividad minera sustentabley, tal como sealara el Secretario de Minera de la Nacin Jorge Mayoral, en pos delbeneficio productivo y social de nuestras comunidades.Roberto C. MirPresidenteFundacin EMPREMIN5 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN6 ING. RALALBERTO ACTISAGRADECIMIENTOSAl Ing. Luis V. Gutierrez quien colabor con la organizacin y dictado del primercurso, origen de este libro, que se denomin Clculo, Construccin y Manejo de Colaspara la Industria Minera, realizado en La Paz, Bolivia, entre los das11 y 19 denoviembre de 1998, organizado por la CONUMIME (Comisin Universitaria MineroMetalrgica) de la Universidad de Bolivia, en el marco del Programa de las NacionesUnidas para el Desarrollo (PNUD) y al que concurrieron unos 100 profesionales, tc-nicos y estudiantes de minera de dicho pas. Posteriormente ha sido dictado en diver-sas instituciones de la Argentina.Ala Secretara de Minera y al SEGEMAR por el apoyo prestado para la ejecucinde los cursos mencionados.Al Secretario de Minera Ing. Jorge Mayoral y al Secretario Ejecutivo del SEGE-MAR Lic. Pedro Alcntara, por su aporte a la concrecin del libro.7 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN8 ING. RALALBERTO ACTISPRLOGO DELAUTORLas presas de desechos minerales o industriales son estructuras que tratan de obte-ner fines tiles adicionales, adems de constituir un depsito de los productos de la acti-vidad minera o industrial.Normalmente estas presas son levantadas con menores cuidados que las presasconvencionales construidas para otros usos como obtencin de agua potable, riego,regulacin o produccin de energa elctrica.Por este motivo, pueden constituirse en estructuras peligrosas expuestas a producirdesastres econmicos o ecolgicos.Es fundamental insistir en que se debe dedicar un mnimo de actividades de inves-tigacin, de diseo y posterior control para que resulten exitosas.La falta de bibliografa en castellano hace que esta publicacin est dirigida a lostcnicos en general para conocer los ms importantes factores que intervienen en eltema.ELAUTORCrdoba, septiembre de 2000.9 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN10 ING. RALALBERTO ACTISINDICE1. El dique de colas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1. Definiciones bsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2. Consideraciones previas al desarrollo del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.1 Topografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.2 Naturaleza de los materiales de desecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. Restricciones para la construccin de diques de colas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1. Impactos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2. Restricciones de naturaleza fsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. Planificacin y estudios. Preparacin del rea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1. Estudios topogrficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.2. Estudios hidrolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.3. Estudios climatolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.4. Estudios geotcnicos para fundacin de las obras . . . . . . . . . . . . .3.1.5. Estudio de los materiales a colocar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.5.1.3.1.6. Estudios de sismicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.7. Estudios de contaminacin al medio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . .4. Diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1. Generalidades4.2. Planteo de alternativas y determinacin de costos . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3. Diseo del dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.1. Zonificacin, filtros y drenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2. Control del agua de filtracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2.1. Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2.2. Sifonaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.3. Estabilidad del talud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.4. Estabilidad con acciones ssmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.5. Procedimiento resumido para el diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. Construccin de la primera fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1. Dique inicial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2. Tipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3. Sistemas de remocin del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1. Sistemas de drenaje para servicio continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1.1. Acequias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1.2. Sifones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1.3. Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.2. Sistema no dependiente de un servicio continuo . . . . . . . . . . . . . .5.3.2.1. Tuberas de decantacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.2.2. Tomas de decantacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.2.3. Drenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.3. Mtodos combinados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.4. Aliviadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACINING. RALALBERTO ACTIS 126. Mtodos fundamentales de construccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1. Mtodo Aguas Arriba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1.1. Mtodo del Spigot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1.2. Ciclonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.2. Mtodo Aguas Abajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.3. Mtodo de la lnea de centros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.4. Aplicacin de los diferentes mtodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.5. Sistemas de decantacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.5.1. Ejemplo de instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7. Operacin del dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.1. Consideraciones iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.2. Descarga inicial de colas al dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3. Distribucin de las colas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.1. Descarga por gravedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.2. Descarga por bombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.2.1. Bombas para trabajar con fluidos abrasivos . . . . . . . . . . . . .7.3.2.2. Seleccin de la bomba adecuada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.3. Manejo de las tuberas de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.4. Operacin del spigot con bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.5. Materiales de los spigots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3.6. Materiales usados para las tuberas de las lneas . . . . . . . . . . . . . .7.3.7. Ciclones (operacin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8. Control y auscultacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.2. Roturas de presas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3. Controles durante la operacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.4. Seguimiento posterior de la presa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9. Estabilizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1. Estabilizacin fsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2. Estabilizacin qumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.3. Estabilizacin vegetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ANEXO 1 Grficos para estimar la estabilidad de taludes de presas de colas . . .ANEXO 2 Balance de volmenes de embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ANEXO 3 Alturas necesarias del dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ANEXO 4 - Alturas del dique en funcin del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ANEXO 5 - Estado del embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ANEXO 6 - Falla por licuefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CAPTULOEL DIQUE DE COLAS !DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 131.1. Definiciones bsicasLos materiales descriptos como desechos mineros son tan variados como lo son losmtodos de procesamiento.El trmino colas mineras (tailing) puede ser definido como el desecho slido delos procesos de concentracin mineral y puede variar en el tamao de sus partculasindividuales desde materiales sueltos de tamao grande, hasta barros coloidales, aun-que en general los materiales empleados en estas presas son aquellos de rango llamadofino. Se define como desechos finos a los que en general son de malla #10 (2 mm)o ms finos. Ejemplos de estos materiales finos son aquellos generados por la separa-cin por flotacin magntica y agitacin, que requiere el proceso de purificacin del oropara ser reducido al tamao necesario para su extraccin.Sin embargo dos tipos de materiales, de la misma dimensin, no responden deigual manera a los mtodos de colocacin en colas, debido a la alteracin de las part-culas y la forma de la superficie de las partculas, originada en los procesos de concen-tracin o por las diferencias de orden mineralgico. Como un material de desecho, losresiduos son usualmente removidos del rea de molienda o trituracin para ubicarlos enlugares que no molesten.Generalmente el tonelaje de estos desechos es similar al tonelaje de alimentacina la planta. El problema de ubicacin existe para los materiales slidos pero tambinpara los lquidos que acompaen a los procesos. En la mayora de las operaciones estosdesechos son transportados como una lechada o barro, que usualmente se lo llamapulpa, hacia un rea de embalse donde la fraccin slida es retenida y quizs una por-cin de la fraccin lquida es vuelta a llevar al proceso de concentracin para usarlanuevamente.La remocin del lquido no reciclable es de principal importancia si no se puedeeliminar por evaporacin, descargar a arroyos o volver al embalse. La prdida del con-trol del agua puede transformarse en la prdida de una estructura til debido a una fallaen la presa o del embanque. Por tal motivo el sitio elegido para el almacenamiento deFigura 1.1 Dique en construccin. Mina La Alumbrera.ING. RALALBERTO ACTIS 14los desechos llega a ser un lugar fijo, tanto durante la vida activa de la propiedad comoen la poca que se verifica la cesacin de actividades de operaciones.Las presas de desechos son erigidas primariamente para acopiar o almacenar eldesecho slido y para desaguar o sacar el agua de los desechos o para recobrar el aguapara el procesamiento. Las presas de desechos han tenido un fin muy importante paraplantas erigidas en localizaciones ridas, donde si no se recicla el agua, el concentradodebera ser reducido en tamao o directamente no se podra operar en absoluto.Algunas veces las presas de desechos deben servir para otra funcin: como unembalse de reserva de agua de almacenamiento de escurrimiento superficial, o seacomo colector para utilizar el agua en la estacin seca o estiaje (ver fig. 1.1).1.2. Consideraciones previas al desarrollo del proyectoPara establecer el diagrama de ubicacin de las instalaciones de desechos delemprendimiento (lay out) es necesario considerar una serie de factores: a) ubicacin delsistema; b) productos de desechos;c) requerimientos del rea; d) tipos de terrenos; e)condiciones del suelo; f) ubicacin del concentrado, g) valor estimado de volmenes dedescarga de desechos y h) proximidad de rea habitadas.1.2.1. TopografaEl principal factor a considerar en la ubicacin del sitio, unido al rea o volumenrequerido para el almacenamiento durante toda la vida til de la operacin minera, esDIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 15la topografa, en base a la que se fija el lugar adecuado a estudiar. Generalmente es tilo beneficioso ubicar las presas de desechos en una elevacin ms baja a la que seencuentra el concentrado para que el transporte resulte de menor costo.La topografatambin determina la geometra de las presas y los mtodos constructivos. Las forma-ciones geolgicas y morfolgicas o topogrficas juegan un papel vital en la eleccin delsitio de ubicacin.Las formas de escurrimiento superficial, deben ser dejadas sin perturbar, de serposible. Otras veces, el drenaje superficial debe ser redirigido de forma que pueda reto-mar su curso, agua abajo de la presa. Esto es ventajoso si se considera una posible fallade la presa debido a una excesiva afluencia al embalse o despus de la poca de pro-duccin, al abandonar de la obra. La topografa puede fijar el sistema de evacuacin delos efluentes, ya sean drenes, zanjas, cunetas, torres o bombas porttiles, que debe serinstalado para remover los efluentes.La formacin geolgica, debajo de la cubeta propuesta, puede imponer el empleode un sello del rea de almacenamiento para eliminar la excesiva prdida de fluido opara impedir que lquidos contaminantes lleguen a la capa fretica. Para evitar filtracio-nes se emplean telas de PVC en todo el fondo del lago, aunque es un sistema de altocosto.1.2.2. Naturaleza de los materiales de desechoEs necesario conocer las caractersticas del material que se va a colocar en el dep-sito. Los tipos de materiales son:1 Material de descarga,- Material tal como sale del proceso de concentracin- Material parcial sin saturacin- Material sin agua o seco2 Material que ser usado (cuando sale de la concentracin) como relleno deminas. El material ser utilizado todo como desecho.3 Material de desecho, que puede ser descargado de la moledora como un barroo una lechada, usualmente con un rango de un 15 a 55% de slidos dependien-do de si es espesado o no. Puede ser de libre escurrimiento o un barro gelatino-so dependiendo del contenido mineral, tamao de la partcula y densidad.El producto puede requerir transporte mecnico debido a la filtracin final en elconcentrado y el avance en las operaciones de concentracin. El transporte de desechosfinos al embalse es generalmente como una pasta o lechada hecha por gravedad o porbombeo, dependiendo de la elevacin y las condiciones topogrficas a salvar entre elconcentrado y el rea de evacuacin y depsito.La composicin del lodo o pulpa y su densidad y que el transporte sea por grave-dad o bombeo, determinan el material de la tubera de transporte (acero, hormign,asbesto-cemento, PVC, plstico, madera, etc.) para combatir las caractersticas corrosi-vas y erosivas de la pulpa durante el transporte.ING. RALALBERTO ACTIS 16El transporte ms econmico es el transporte por gravedad. Es necesaria una eva-luacin cuidadosa de las capacidades de las bombas y tuberas en un sistema que no espor gravedad para que funcione bien y sin problemas. Ser tambin necesario conside-rar el reciclaje de las aguas.CAPTULORESTRICCIONES PARA LACONSTRUCCIN DE DIQUESDE COLAS2DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 172.1. Impactos ambientalesEn los Estados Unidos de Norte Amrica cada estado posee una legislacin propiasobre polucin y control del medio ambiente pero sin embargo se notan diferenciasconsiderables en la concepcin y planeamiento de restricciones entre un estado y otro.En la Argentina, si bien existe una legislacin nacional, las provincias han reglamenta-do en forma diferente la determinacin del impacto ambiental y las normas para suremediacin. En general se trata de plantear niveles permisibles normalizados de con-taminacin y un control adecuado de los mismos. Todo sistema para el tratamiento dedesechos debe ser previamente autorizado y aprobado por una oficina de gobierno(municipal o provincial).La mayora de la legislacin referente al tratamiento de los desechos ha sido diri-gida particularmente a los aspectos de la contaminacin de las aguas, pero en la actua-lidad se nota una atencin creciente con respecto a la contaminacin producida por eltransporte del aire.El control de los escurrimientos naturales del agua ha llegado a ser ms crtico enlos aos recientes dado que tambin se ha incrementado la ejecucin de presas de des-echos mineros e industriales por compaas que explotan yacimientos o fabrican mate-riales que dejan mucho desecho contaminante. Por ello las oficinas de los gobiernosprovinciales y municipales tambin han incrementado los controles.El agua que escurre puede ser embalsada para servir como un lago de agua frescay ser usada como una fuente para una planta de agua, o puede usarse para control decrecientes o para produccin de energa hidroelctrica, o con fines recreacionales y deturismo.Los escurrimientos de agua, ordinariamente son canalizados alrededor del depsi-to de desechos y luego devueltos a los canales naturales de drenaje, arroyos, ros, etc.,existentes desde antes que se estableciera la planta.Un aspecto que se ha incrementado notablemente es el monitoreo y control de lasfiltraciones en la zona del depsito de los desechos, tanto horizontalmente como verti-ING. RALALBERTO ACTIS 18calmente. La neutralizacin de los lquidos producidos por el procesamiento de losmateriales de concentracin minera puede convertirse en el futuro en la mayor inver-sin dentro del costo total del proyecto.La seleccin del rea de depsito puede estar acoplada a las condiciones del sub-suelo, si las posibilidades de ubicacin no son muchas, de tal manera que puede sernecesario que el rea donde se ubicarn los desechos sea sellada antes del primer llena-do. El mismo tratamiento debe drsele a las filtraciones que pueden escurrirse a travsde las instalaciones.Es posible que un lquido relativamente inocuo pueda combinarse con el subsueloen su camino de filtracin para formar un fluido indeseable, de tipo contaminante, si nose lo trata previamente.2.2. Restricciones de naturaleza fsicaLa mayor restriccin es aquella referida a la limitacin de altura debida a factorestales como las caractersticas del suelo de fundacin y los materiales de desechos depo-sitados, las condiciones geolgicas y estructurales imperantes en el rea, las condicio-nes ssmicas de la zona, la posibilidad de vientos importantes y tambin los posiblesdaos de importancia agua abajo en caso de producirse la rotura de una presa.Una limitacin importante asociada a la altura de presa es la referida al volumenreservado para las deposiciones de material previsto para el futuro. Otra limitacin,referida al rea, puede estar asociada a la forma de los lugares de depsito en cuanto asus volmenes. Por ejemplo, en los valles angostos es necesario tener en vista varioslugares de depsito para alcanzar la capacidad de embalse prevista por la explotacindel futuro de la planta y teniendo en cuenta el ciclo de llenado y secado.Si la ubicacin del depsito est cercana a un rea municipal, el costo puede llegara ser prohibitivo. Cuando se determina la dimensin del rea necesaria, es importantehacer bien las previsiones, porque a veces puede llegar a ser imposible querer hacerampliaciones del lugar de depsito.Las condiciones climticas pueden ser importantes para definir la ubicacin, elmtodo constructivo y la poca del ao en que se realizan ciertas tareas. Los inviernosseveros requieren que la berma sea erigida solo durante los meses de verano, con unsuficiente almacenaje disponible para mantener y alojar las necesidades de los materia-les de desecho correspondientes a la poca del invierno.En las ubicaciones donde hay muchas precipitaciones en combinacin con terrenosresistentes, puede resultar que se tengan problemas con la evacuacin del agua de esasaltas precipitaciones, lo cual puede llegar a hacer casi imposible el erigir la presa.Si el material de desecho tiene bajas caractersticas de asentamiento o decantacin,de manera que su clasificacin sea muy lenta, se necesitan grandes reas para obtenerla decantacin inicial. Por ello pueden ser necesarios reas adicionales en serie paraobtener un efluente suficientemente claro y aceptable.Si el agua debe ser reutilizada se deber efectuar la clarificacin de la solucin ydefinitivamente deber ser purificada si ese efluente ser retornado a una cuenca queacta como fuente de agua para necesidades agrcolas, industriales o municipales.CAPTULOPLANIFICACIN Y ESTUDIOSPREPARACIN DEL REA3DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 193.1. GeneralidadesAl planear un depsito de desechos mineros deben considerarse numerosos temas.El funcionamiento de la instalacin minera y el tonelaje de la produccin diaria de des-echos fijarn la superficie del embalse. Si se utiliza una presa clsica, a travs de unvalle, y el perfil es empinado, generalmente se planean varias reas, de forma que en elcrecimiento anual de cada presa no sea grande. La mineraloga, el tamao de partcu-las, la densidad de la pulpa, la permeabilidad de la arena y los mtodos constructivosafectan la altura del crecimiento anual. Un crecimiento de 3 a 6 m por ao es acepta-ble, pero uno de 15 m es inaceptable.Tipos de depsitos:1- A travs de un curso natural de agua (ro o arroyo).2- Sobre el talud de un cerro.3- Depsitos circulares o en U.4- En depresiones.Figura 3.1 Ubicaciones ms comunes de los diques.b.) Transversal a un vallec.) Depsito laterala.) En una depresinING. RALALBERTO ACTIS 20DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 21Si la mina usa una fraccin grande para los propsitos de relleno interno del yaci-miento, el material sobrante puede ser muy fino o insuficiente para los requerimientosde la ereccin del dique de cola.Es comn dividir un rea en tres o ms zonas para prever el tiempo para drenaje,an cuando se necesite incrementar el costo, porque se tienen ms torres, lneas de dre-naje y sistema de coleccin de aguas (ver fig. 3.1 y 3.2).3.1.1. Estudios TopogrficosPara efectuar un proyecto como el que estamos analizando necesitamos disponerde planimetras a distintas escalas y con curvas de nivel de diferentes equidistancias.El material topogrfico puede obtenerse de organismos tales como: Instituto Geogrfico Militar (cartas a escala 1:50.000) Direccin Nacional de Minera (mapas a escala 1:200.000) Levantamiento aerofotogramtricos Imgenes SatelitalesPara la seleccin del lugar del depsito son muy tiles las fotografas areas y lascartas topogrficas, como as tambin los levantamientos realizados por restitucinaerofotogramtrica. De estas cartas se pueden obtener datos respecto a los lugares aptospara obtener las capacidades de volumen requeridos para el almacenamiento de losmateriales.Tambin se pueden determinar los desniveles entre la zona de tratamiento o bene-ficio de los materiales de la mina y la de ubicacin de la presa para las instalaciones detransporte hidrulico y adems se pueden evaluar las cuencas de aporte para determi-nar los caudales que habr que evacuar por la presa.Figura 3.2 Tipos de depsitos de desechos de minas.Figura 3.3. Cuenca de aporte del emplazamiento de la presa El ChihuidoING. RALALBERTO ACTIS 223.1.2. Estudios hidrolgicosPara la ubicacin de la presa es necesario conocer una serie de datos referidos alescurrimiento de agua por encima de la presa. La determinacin del rea que contribu-ye con agua al lugar del emplazamiento o cuenca de aporte, se determina con ayuda depares de fotografas areas y con planimetra de la zona con curvas de nivel, obtenidade levantamientos topogrficos o con trabajos de aerofotogrametra area.Una gran cuenca de aporte o superficie de drenaje agua arriba de una presa de colageneralmente requiere tomar algunas previsiones para derivar los caudales del escurri-miento, ya sea a travs o debajo del rea de depsito de materiales en ella. En algunoscasos se debe incluir un dique separado del almacenamiento de agua para proveer a lasoperaciones de la planta de produccin.Una pequea cuenca de aporte producir un escurrimiento de poco valor que usual-mente podr ser incorporado al diseo del rea de depsito por medio de un agranda-miento del sistema de decantacin.Es necesario tambin efectuar estudios hidrolgicos para detectar cualquier filtra-cin de agua bajo presin hidrosttica en todo el volumen de fundacin que puede afec-tar la estabilidad.La presencia de zonas dbiles o permeables en el sustrato de la presa (bed rock),pueden desarrollar presiones hidrostticas debajo de la presa cuando se agrega la sobre-carga del embalse. Esto crea una condicin inestable para la base de la presa. Se pue-den instalar clulas de presin para medir estos parmetros. Es conveniente tambinestudiar los escurrimientos subterrneos en el entorno de la presa (ver fig. 3.4).Figura 3.4. Piezmetro tipo.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 233.1.3. Estudios climatolgicosLa climatologa juega un papel importante en la eleccin del sitio y diseo final dela presa de cola. Los principales factores a ser considerados son los siguientes: a) rgi-men de lluvias; b) evaporacin; c) temperaturas de congelacin; d) duracin de la esta-cin invernal, e) vientos, etc.Cuando los inviernos son largos y fros, con muchas heladas y considerables neva-das, la construccin del dique es usualmente restringida a los meses de verano. Ello esdebido a que el congelamiento del agua genera problemas importantes en el avanceconstructivo pues el hielo impide el drenaje de las aguas y la compactacin se ve difi-cultada. Es de gran utilidad el conocimiento de la historia de las precipitaciones pluvia-les de la zona como as tambin de los escurrimientos superficiales, para tenerlos encuenta e incluirlos en el clculo de los efluentes de la presa de cola. Este conocimien-to implica tener determinadas las precipitaciones mximas por da y por hora en unperodo razonable de aos, generalmente no menor de 50. Los datos climatolgicos sonobtenidos generalmente de los servicios meteorolgicos gubernamentales o privados opor mediciones en el lugar.ING. RALALBERTO ACTIS 243.1.4. Estudios geotcnicos para la fundacin de las obrasa. Investigacin de la fundacinLas investigaciones de las condiciones de fundacin que se realizan para implan-tar una presa de desechos mineros son iguales a la que se realizan para una presa clsi-ca. Las investigaciones de fundacin usualmente incluyen ingeniera de mecnica desuelos e investigaciones geolgicas tales como, exploraciones subsuperficiales, ensa-yos de laboratorio para conocer las caractersticas ingenieriles o calidad de los suelos yrocas de la fundacin, permeabilidad, densidad, compresibilidad y resistencia al corte.Las investigaciones geolgicas incluyen la preparacin de un mapa superficial delos depsitos o rocas superficiales y cortes basados en el reconocimiento del rea, comoas tambin del estudio de fotografas areas estudiadas por el ingeniero o el gelogo.Se deber hacer una evaluacin del riesgo ssmico de la zona. Debern estudiarse tam-bin las posibilidades de deslizamientos a producirse en la futura obra. Se estudiarnlas fallas existentes y las zonas de rocas dbiles y de las permeables.b. Investigaciones subterrneasConsisten en la ejecucin de perforaciones de investigacin con extraccin de tes-tigos que son sometidos a ensayos para determinar las caractersticas mecnicas de lasrocas de fundacin. El nmero, ubicacin, tipo y profundidad de las perforacionesdepende del tipo y altura de la presa de desechos, como as tambin la geologa del rea.Se efectan adems mediciones de la resistencia in-situ de los suelos y de la durezade la roca, adems de la determinacin de los niveles de agua subterrnea. De las per-foraciones se suelen extraer muestras no disturbadas, tanto de suelos, como de rocas. Aveces se acompaan las perforaciones con la excavacin de trincheras a cielo abierto.Tambin se efectan estudios geofsicos, como por ejemplo ssmicos, que proveeninformacin indirecta de la configuracin del terreno de fundacin. Los perfiles ssmi-cos sirven adems para determinar las capas de agua en los diferentes sitios propuestos,y las caractersticas de los estratos de fundacin, facilitando la seleccin y cuantifica-cin del material adicional de las inmediaciones para la construccin de la presa inicial.La ventaja de la investigacin geofsica es su bajo costo relativo.La permeabilidad puede ser estudiada a travs de las perforaciones por medio delmtodo Lgeon de caracterizacin de los suelos y rocas. Complementariamente pue-den utilizarse piezmetros a ser instalados por medio de perforaciones en ciertos pun-tos de los terraplenes, con el objeto de obtener observaciones continuas de las fluctua-ciones del nivel de agua en el lugar.c. Extraccin de muestras de suelos y ensayosLos materiales a emplear en la construccin de una presa de desechos minerosincluyen, adems de los materiales de procesos de la planta minera, materiales del lugartales como suelos y rocas que servirn para la construccin. Ser necesario ademsconocer las caractersticas de los suelos y rocas de apoyo de las presas.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 25Para ello se deben sacar muestras, realizar ensayos granulomtricos y clasificar losmateriales segn el sistema de Clasificacin Unificado de Suelos. Se extraern mues-tras no disturbadas a fin de obtener datos de la capacidad in-situ de los materialescorrespondientes a las cargas actuales y humedad del terreno. Las muestras a extraer sesepararn para dos fines: un pequeo grupo para la clasificacin textural y otro grupopara determinar las caractersticas fsicas con contenidos de humedad simulados.El nmero de muestras no disturbadas sern las necesarias para determinar las pro-piedades fsicas de los suelos involucrados. Las determinaciones incluyen usualmenteel anlisis mecnico, efectuado por medio de tamices, el ensayo con hidrmetro, ladeterminacin de la gravedad especfica y de los lmites de Atterberg. Los lmites deAtterberg son ensayos de plasticidad que ponen de manifiesto la presencia y cantidadde material coloidal en arcillas. Los ensayos de compresin triaxial o corte directo demuestras no disturbadas o remodeladas permiten obtener los datos respecto a la resis-tencia al corte, consolidacin y permeabilidad.Los dos tipos de ensayos in-situ, realizados con perforaciones, son el de penetra-cin, que nos da la capacidad del suelo a la penetracin o capacidad soporte, y el depermeabilidad, que permite obtener datos respecto a las caractersticas de filtracin delos suelos de apoyo.El ensayo de penetracin es una medida de la energa requerida para deslizar porpenetracin una punta normalizada en un suelo o roca. El mtodo de ensayo es un pro-cedimiento emprico que se utiliza para estimar las caractersticas del soporte de lossuelos, basados en la experiencia de suelos semejantes. Un ensayo Standard de pene-tracin implica contar el nmero de cadas de un peso de 140 libras (aprox. 63,5 kg)desde una altura de 30 pulgadas (76,2 cm) para que baje la punta 1 pie (30,5 cm), sien-do la punta circular y de 2 pulgadas (5,08 cm) de dimetro. Se utiliza tambin un saca-muestra para obtener muestras de suelos, en las que se realizarn los ensayos de granu-lometra, la determinacin de los lmites de Atterberg y la clasificacin textural por elSistema Unificado de Suelos (figura 3.6). Existen otras variaciones del ensayo de pene-tracin como la del Cono Holands.Los ensayos de permeabilidad son tambin muy usados por los diseadores de pre-sas para conocer las caractersticas de los suelos o las rocas de apoyo. En el estudio desuelos se emplea el ensayo de carga hidrulica constante en una perforacin, llenandocon agua el hueco de la perforacin, manteniendo siempre el mismo nivel por mediodel agregado del lquido que sea necesario. A medida que va bajando el nivel se tomanlecturas del volumen incorporado por la unidad de tiempo para mantener constante elnivel de agua en la perforacin.Para la determinacin de la permeabilidad en las rocas se emplea el ensayo tipoLgeon que se realiza en perforaciones hechas con barrenos, colocando tapones de unacierta longitud en los extremos de los segmentos a investigar e inyectando agua a pre-sin y midiendo la cantidad de lquido que es absorbida en un determinado tiempo. Launidad Lgeon de permeabilidad, se expresa en litros por metro por minuto, para unapresin que se incrementa de 2 hasta 10 Kg/cm2. Este ensayo es especialmente til parainvestigar rocas con fallas o diaclasas y proyectar los tratamientos (inyecciones) a rea-lizar, especialmente cuando son necesarias cortinas de impermeabilizacin o para fijarposibles prdidas a verificarse en obra.d. Ensayos de laboratorioLas investigaciones de laboratorio de los materiales del lugar nos darn las carac-tersticas de los suelos y rocas de fundacin que soportar la presa de desechos, comoas tambin de los materiales elegidos, preferentemente en los alrededores (materialesde prstamos), para emplear en la construccin de las presas iniciales.La clase de investigaciones a realizar ser determinada por un ingeniero en suelos ascomo la extraccin de muestras representativas y la realizacin de los ensayos apropiados.Para muestras no disturbadas generalmente se realiza las siguientes determinacio-nes:1. Clasificacin visual, lmites de Atterberg y anlisis mecnico de acuerdo con elSistema Unificado de Clasificacin de Suelos.2. Ensayos de muestras representativas que incluyen compresin y compresintriaxial, para obtener datos de resistencia al corte de los suelos de fundacin yde la humedad natural, para muestras saturadas y ensayos de consolidacin ypermeabilidad.3.1.5. Estudio de los materiales a colocarLos materiales de prstamo necesarios para ser utilizados en los diques iniciales obermas, tambin deben ser ensayados. Se hace usualmente la clasificacin textural, ladeterminacin de los lmites de Atterberg, ensayos de compactacin, compresin tria-xial, consolidacin y permeabilidad, sobre especmenes de suelos compactados a variasdensidades y con contenidos de humedad variable. Se deben ensayar adems los mate-riales de desechos, incluyendo la clasificacin visual, la determinacin de los limites deAtterberg, el anlisis mecnico de clasificacin de acuerdo al Sistema Unificado deClasificacin de Suelos (fig. 3.5), la determinacin de la gravedad especfica o pesoespecfico, el anlisis qumico, etc. Se harn tambin los mismos ensayos realizados enlos materiales de fundacin o a los materiales de prstamo para ser usados en la presa.3.1.5.1. Metodologa de los ensayosMetodologa de las investigaciones a realizar tanto en el lugar como en el labora-torio para seleccionar materiales de cantera para los diques iniciales de las presas dedesecho minero y para investigar las cualidades del terreno de implementacin de obra.Secuencia de las actividades:1 Recorrida del terreno y las instalaciones2 Fotointerpretacin3 Confeccin de un plano general de suelos4 Exploracin in-situ: perforaciones, calicatas, pozos helix, excavaciones a cieloabierto.26 ING. RALALBERTO ACTIS27 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACINFigura 3.5. Clasificacin unificada de suelos.ING. RALALBERTO ACTIS 284.1. Bsqueda de material cohesivo4.2. Bsqueda de material granular4.3. Bsqueda de material para filtros4.4. Bsqueda de material para proteccin de taludes5 Cubicacin de yacimientos, determinacin de materia orgnica y sales. La can-tidad deber ser por lo menos el doble de la necesaria.6 Ensayos a realizar en: Suelos cohesivos: granulometra, lmites de Atterberg, compactacin, hidro-metra, peso especfico, sales y materia orgnica, permeabilidad, consolida-cin, triaxiales, expansin Suelos granulares: clasificacin, densidad mxima y mnima, ensayo tria-xial, peso especfico real, determinacin de sales solubles y materia orgni-ca, forma de los granos.3.1.6. Estudios de sismicidadLos diques de desechos mineros deben ser diseados para resistir cualquier proba-ble actividad ssmica de la zona. Los datos de actividad ssmica son generalmente obte-nidos en la Argentina de estaciones del INPRES.3.1.7. Estudios de contaminacin del medio ambienteLas consideraciones respecto al medio ambiente son muy importantes durante lasetapas de los diseos de las reas de depsito de los desechos mineros.Previsiones para el control del polvillo tanto como la prevencin de la entrada deiones contaminantes al agua del subsuelo deben ser incluidas en el diseo.CAPTULODISEO 4DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 294.1. GeneralidadesEl relleno hidrulico es un mtodo utilizado para ubicar los desechos mineros. Setrataba de la ubicacin de materiales de tal manera que iban de una zona de drenaje librehasta una de alta impermeabilidad o ncleo impermeable. En California, EstadosUnidos, hay aproximadamente 30 presas relativamente grandes construidas por rellenohidrulico desde 1850 hasta 1940. La debilidad de este mtodo fue comprobada duran-te el terremoto del 9 de Febrero de 1971 (6,4 en la escala de Richter) que produjo ladestruccin de la Lower San Fernando Dam debido a la susceptibilidad a la licuefac-cin de los materiales usados.Tambin se utiliz el mtodo semi-hidrulico que consista en transportar losdesechos con vehculos y luego distribuirlos por mtodos hidrulicos. Mediante estemtodo se vuelcan los rellenos en las zonas de iniciacin por medio de camiones.4.2. Planteo de alternativas y determinacin de costosEn todo diseo de ingeniera el problema principal es realizar una obra para con-seguir un fin o beneficio, de la forma ms conveniente desde el punto de vista econ-mico.Sabemos que un ingeniero es un tcnico que aplica leyes comunes de la fsica parahacer obras lo ms econmicamente posible. Por este motivo ante la necesidad de plante-ar un proyecto de ingeniera nuevo, la forma ms conveniente ser la de considerar variasalternativas del mismo, desarrolladas primeramente a nivel preliminar, calculando los cos-tos de las obras de las minas y de la planta de beneficio (depsito de desechos, provisinde agua, reciclaje de agua, produccin de energa hidroelctrica para la planta, etc.).Se debern estudiar las inversiones y los crditos a los que se tenga acceso, deter-minando para cada alternativa las relaciones beneficios/costos o las tasas internas deretorno (TIR) de las inversiones.Figura 4.1. Presa de cola de la mina La Alumbrera (ao 2002).ING. RALALBERTO ACTIS 30En plantas de gran desarrollo ser necesario plantear las alternativas por niveles, asaber, prefactibilidad, factibilidad y proyecto, a fin de no efectuar gastos innecesarios.4.3. Diseo del dique4.3.1. Zonificacin, filtros y drenesEl verdadero relleno hidrulico est compuesto de arcillas limosas en el ncleoy arenas y gravas en los espaldones. Se supone que la pulpa de desecho transportadasegrega el lquido y deposita el material grueso en los espaldones y los finos en elncleo. El material del ncleo se coloca como una mezcla de lodo. Inmediatamente des-pus comienza el asentamiento. Si es excesivamente fino, o especialmente si es coloi-dal, el material de ncleo puede permanecer en suspensin por largo tiempo.En contraposicin las arenas y gravas pueden tender a estabilizarse rpidamente yganar resistencia en corto tiempo. De esta manera el espaldn puede servir como uncontenedor de un ncleo que puede estar en una condicin semilquida por muchosmeses.Generalmente las presas de relleno hidrulico tienen un factor de seguridad bajodurante la construccin que posteriormente va aumentando cuando se va consolidando.Figura 4-2 . Corte transversal de una presaA. Relleno de espaldones.B. Sistema de filtro de drenaje.C. Ncleo.D. Inyecciones de fundacin.E. Depsitos de desecho.F. Agua del embalse.G. Perfil corriente de la presa.H. Perfil futuro de la presa.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 31Regla 1: La permeabilidad en los espaldones debe ser varios cientos (100 a 700)de veces mayor que en el ncleo.Regla 2: La supervisin de campo es especialmente importante para controlar lagradacin del material depositado. Es importante controlar la inclusin de len-tes de arena en el ncleo.Regla 3: La inclusin de material de ncleo en los espaldones es negativa. Algunasespecificaciones imponen la remocin de estos materiales.Regla 4: El material coloidal no debe ser ubicado en el ncleo porque inhibe laconsolidacin.Regla 5: No se deben usar materiales finos muy uniformes en los rellenos hidru-licos. Para los espaldones se deben utilizar graduaciones no uniformes. Losmateriales uniformes estn sujetos o son susceptibles a deslizamientos.En muchos casos los diques de colas (tailing dams) son construidos con la fraccinarenosa de los desechos rocosos y de las fracciones ms finas, conocidas como sli-mes, que son colocadas detrs de las presas juntamente con el agua de transporte.La separacin entre arena y material fino se efecta por mtodos ciclnicos y/ogravitacionales. La arena es depositada hidrulicamente con lo cual se consiguen den-sidades relativas entre 25% y 45%. Son las ms expuestas a licuefaccin por el mto-do de aguas arriba.Hay pocos casos de construccin con el mtodo de aguas arriba. Se conocen variosejemplos de falla de estas presas como la producida por el terremoto de La Ligua, Chile,en 1965; la falla de la vieja presa de El Cobre, que fue construida nuevamente en 1930.Cuando fall tena 33m y una pendiente del 35% al 40%. Fue construida hidrulicamen-te aunque la separacin de arenas y finos fue realizada por mtodos gravitacionales. EnING. RALALBERTO ACTIS 32este caso los desechos fueron depositados cerca del contorno de la presa por medio detubos. Las fracciones ms gruesas fueron colocadas en el contorno.Se tiende actualmente a crear una nueva tcnica de diseo para las presas de des-echos mineros de la misma forma que las presas convencionales. Las presas de des-echos son a menudo estructuradas con materiales de baja calidad. Generalmente se tratade ubicar los materiales de desechos en terrenos de mnima superficie por el costo dela tierra en el entorno de ciertas explotaciones.Las estructuras de decantacin para remover la franja de lquido de los barros,consisten en compartimientos de decantacin construidos con maderas. La composi-cin qumica del fluido puede hacer llegar a tener que usar madera tratada (ver fig. 4.3).Puntos a tener en cuenta:a Estabilidad del depsitob Control de los lquidos tanto en el embanque como en su fundacinc Maximizacin de los volmenes de depsitod Minimizacin de los costos de mantenimientoe Condiciones ambientalesComo ejemplo de un accidente de destruccin de una presa podemos mencionar lafalla por licuefaccin producida en una presa en Texas, Estados Unidos. En 1966 se pro-dujo un amplio deslizamiento en el costado sudoeste de la presa, con un volumen inicialde 130.000m3, y un desplazamiento de 140 m. Para el anlisis de las causa de la rotura:1) Se instalaron 44 piezmetros y una serie de tubos horizontales como drenaje enel pi del talud. Estos drenes horizontales consistan en tubos de PVC de 5cmde dimetro y con perforaciones de 0,2mm de dimetro.2) Se verti grava y se colocaron tubos de PVC perforados en la cara opuesta aldeslizamiento a fin de estabilizar las sucesivas capas de yeso.3) Se exploraron las caractersticas del embanque con perforaciones o con pozoshelix, tomando muestras no disturbadas.4) Verificacin del crculo de deslizamiento. Se puso de manifiesto que el des-lizamiento no pudo producirse por falla de talud (se computaron factores deseguridad de 2 o ms) si no que se produjo por licuefaccin.Conclusiones y principios que surgen del caso:Se deben cuidar los siguientes factores:1) Dotar a la presa de un buen sistema de drenes.2) Construir un drenaje interno eficaz para mantener una base con estabilidad sufi-ciente.3) Realizar inspecciones visuales cotidianas con un seguimiento de los niveles delos piezmetros para evaluar la eficacia de los drenes.4) Evaluar y analizar la estabilidad para reponer las condiciones en caso de tenercoeficientes de seguridad inapropiados.Figura 4-3 . Corte transversal de una presa (Bull. 97. ICOLD 1994).DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 33BAMtodo de aguas arribaMtodo de aguas arribaMtodo de aguas abajo4.3.2. Control del agua de filtracin.El movimiento del agua, a travs de la presa debe ser controlado exhaustivamentedurante la construccin de la presa inicial, determinando la lnea de filtracin a travsde ella para que el trabajo de los drenes pueda ser conocido. En la mayora de losembalses de desechos se producir una percolacin del agua en forma vertical a travsdel fondo de la presa y horizontalmente hacia la cara de agua abajo. La cantidad de aguade percolacin o agua de filtracin en la cara de agua abajo puede condicionar la esta-bilidad del aprovechamiento total.Una presa inicial construida con buenos materiales del lugar y bien compactadapuede requerir el empleo de filtros agua arriba, para drenar o desaguar hacia afuera elagua de tal forma que la presa no resulte saturada.Los estudios de prefactibilidad pueden detectar las presiones de percolacin quedebern ser minimizadas. Los filtros mantendrn el nivel fretico del agua cerca del piy no cerca del coronamiento. Para incrementar la estabilidad de la estructura de arenasconsiderablemente se deben tener en cuenta los siguientes valores lmites: de arenas secas = 35 de arenas saturadas = 27donde (Fi) es el ngulo de friccin.Un dren o sistema de filtro es considerado apto cuando puede controlar las filtra-ciones. Puede utilizarse un dren tubular, un dren tipo blanket o tipo manta, o una com-binacin de drenes.Un tubo perforado paralelo al pi de agua arriba conectado con un dren al pi deagua abajo servir para drenar el agua. El tubo ser perforado solamente en la mitadms baja e ir con una cama de grava, protegida por filtros de arena. Los tamaos y gra-daciones de este material de filtro son crticos y deben ser seleccionados para cada casoen particular.Afin de mejorar el funcionamiento del tubo perforado ser conveniente instalar undren tipo blanket desde la parte de agua arriba y hasta la zona de perforaciones del tuboa fin de facilitar la evacuacin del agua.El material de los drenes no deber presentar problemas qumicos, por ejemplo,drenes con rocas de carbonatos, si el agua de filtracin es preponderantemente de tipocido.Un cuidadoso diseo de capas drenantes asegura una operacin satisfactoria duran-te muchos aos. Una capacidad de drenaje sobredimensionada ser til con el tiempo,cuando el nivel de operatividad decrece.4.3.2.1. FiltrosCuando se tienen materiales de diferentes gradaciones se debe interponer una zonade filtros. El filtro debe tener una gradacin tal que impida el pasaje de las partculasdel manto anterior al manto que sigue.Donde el dique contiene zonas de materiales de diferentes gradaciones estos debensepararse por medio de zonas de filtros, para prevenir sifonajes.34 ING. RALALBERTO ACTISEl filtro debe cumplir dos requerimientos:1) Debe ser ms permeable que el suelo fino adyacente de forma que ste drenelibremente.2) Debe tener una gradacin para prevenir el pasaje de las partculas de suelo haciael manto drenante.3)) Debe tenerse un particular cuidado de que no ocurra segregacin durante laconstruccin.LEYES DE FILTROS:1) D 15 (del filtro) menor de 5D 85 (suelo)2) D 50 (filtro) menor de 25D 50 (suelo)3) D 15 (filtro) mayor de 5D 15 (suelo)* D15 es el dimetro tal que solo el 15 % del peso de las partculas son menores que l.4) El material de filtro deber ser bien graduado; no deber tener ausencia de nin-gn tamao de material.5) El filtro no contendr ms del 5% (en peso) de partculas ms finas que lascorrespondientes al tamiz N 200. Los finos deben ser carentes de cohesin.6) El coeficiente de uniformidad del filtro deber ser menor de 20.Si las diferencias de graduacin son grandes se pueden requerir dos o ms capaspara encontrar el mejor sistema. Normalmente las capas de filtro necesitan solo 10 a 20pies de ancho (3,05 a 6,1 m) a lo largo del pi de la presa inicial.Cuando la presa inicial a ser construida es larga y los materiales elegidos se consi-guen en cantidad, ser superior y de menor costo una presa zonificada hecha de roca,grav y arena.Todo el agua que alcanza la cara interna tendr libre acceso a travs del otro pi dela presa. De este modo los peligros del sifonaje sern reducidos y el nivel del agua fre-tica permanecer bajo. En algunos casos se podr observar un poco de agua en el piexterior de la presa pero si se quiere evitar este mal aspecto, puede colectarse en dep-sitos o colectarla y bombearla afuera para usarla nuevamente o tratarla.Este tipo de presa debe ser bien compactada para que tenga buena resistencia alcorte. La presa inicial no debe ser erigida en o sobre aguas artesianas. Si se desarrollanpresiones en la fundacin o debajo del pi despus que la presa fue construida, hayposibilidad que haya peligro de sifonaje, con su consiguiente inestabilidad estructural.Esto puede ser controlado por medio de pozos de alivio de presin. El espaciamientode estos pozos, su profundidad, diseo, y monitoreo se pueden consultar en el manualpara presas hidrulicas Earth Fill, publicado por el U. S. Bureau of Reclamation,Corp of Engineers de Estados Unidos.35 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACINFigura 4-4 . Grfico para el estudio del sifonaje.ING. RALALBERTO ACTIS 36Si se deposita una carpeta (blanket) de limos en el terreno natural se evitar la per-colacin a travs de ste. Debe tenerse en cuenta que hay considerables prdidas deagua en la interfase de agua/suelo natural en el trmino del talud de agua arriba.Los limos que fluyen por el mtodo ciclnico pueden ser colocados en el terrenosuperficial primero, con la adicin de barros depositados por las canillas de deposicin(spigots) para que se forme una carpeta impermeable que se ubica en la parte de arribadel terreno. Cuando las capas de barro presentan alturas de 3 a 4m pueden hacer tendera cero la percolacin vertical.En definitiva el control es la llave del xito para combatir la percolacin. Paramantenerla en un mnimo, donde sea necesario, por ejemplo donde se tengan efluentesvenenosos o radioactivos, deber utilizarse una presa impermeable. Toda otra presa seconstruir con una presa inicial previa de tipo permeable (o impermeable con drenes)en la cual la percolacin es controlada para pasar luego a un tratamiento, curso o esca-pe o alguna parte de la cuenca imbrfera. Muchas presas de desecho con ncleo de arci-lla en la presa inicial han sido erigidas sin la provisin de drenes pero han operadoexitosamente por el mantenimiento de una capa de arena.4.3.2.2. SifonajeDebajo de una presa se establece un flujo de filtracin de agua con una velocidadque si excede a la necesaria para el transporte de partculas las arrastrar y producir elfenmeno conocido como falla por sifonaje tubificacin (ver figura 4-4).DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 37Ejemplo del clculo de condiciones de sifonajeDatos: m = 1.160 tn/m3 Peso especfico medio material. w = 1.000 tn/m3 Peso especfico agua.a) Gradiente crtico:i = m/ w 1.160/1000 = 1,16b) Gradiente de salida. (cua ABC)H = 6.00 m L= 1,50 mnc = 10 dH = H/nc = 6,0/10 = 0,6IS = dH/L= 0,6/1,5 = 0,4 menor que 1,16 = icS = ic/is = 1,16 / 0,4 = 2,9 susceptibilidad a tubificacin4.3.3. Estabilidad del taludLa estabilidad de los taludes de la presa depende de la resistencia a la friccin delmaterial granular que conforma el cuerpo de la misma y del suelo o roca de fundacin.El suelo y la roca fallarn si las tensiones en cualquier plano exceden los valores de lasresistencias al corte de los mismos.La pendiente permisible del talud depende de:1) Resistencia al corte del material granular, del suelo o roca de fundacin.2) Peso especfico del material.3) Altura de la presa.4) Distribucin de la presin del agua.Cuando la presa es construida sobre una fundacin resistente o rocosa (bed rock)la pendiente del talud depender de la resistencia al corte del material que conforma sucuerpo. Cuando la presa es construida sobre una fundacin dbil el talud estable depen-der de la resistencia al corte del material de fundacin.La granulometra de los desechos mineros con el cual se construye la presa, o seala proporcin de los diferentes tamaos de los granos, incluyendo los ultrafinos o coloi-dales, influyen notablemente en las relaciones de estabilidad (figura 4-5).En la mayora de los casos los procesos de transporte hacen que los materiales seandepositados en la presa y se efecte una clasificacin natural de fracciones de arenasms gruesas, ms permeables, a fracciones ms finas, formando una playa de arenas.La baja resistencia y baja permeabilidad de las fracciones limosas hace que sean depo-sitadas atrs del rea de depsito, bien lejos de la estructura de la presa.La resistencia de la presa inicial es la que controla la estabilidad en los primerosmeses de vida de una presa nueva.Las fracciones finas pueden formar capas que afectan la estabilidad de la presa pormuchos aos. Estos depsitos de finos pueden ser debidos a un mal manejo de colocacinde los materiales. La relacin de la deposicin de materiales de desecho y la relacin deFigura 4-5. Formas de rotura de dique (Manual para diseo de escombreras y presas de residuosmineros. F.J. Ayala y J.M. Rodrguez).ING. RALALBERTO ACTIS 38Figura 4.6 Mtodo de Bishopdonde:W = peso del elemento considerado.P = presin normal. = ngulo de friccin, interna del material.S = p tg + Cc = cohesin del material. = - = presin de poros = presin efectiva.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 39crecimiento en altura de los depsitos son factores muy importantes que afectan el buentrabajo de la presa porque afecta el grado de consolidacin de los terraplenes.Los anlisis tericos de estabilidad son herramientas tiles que proveen datos paradecisiones basadas en la experiencia y juzgamiento.El mtodo de Bishop (figs. 4.6 y 4.7) es uno de los ms utilizados para el clculoterico de la estabilidad.Muchas presas pueden alcanzar grandes alturas sin tener una ptima consolidacin,pero an as tienen un buen grado de seguridad, aunque la resistencia puede estar deba-jo del nivel crtico (fig. 4.7). Para eventos ssmicos el agua representa un elemento des-favorable o adverso para la estabilidad debido a que causa una cada en la cohesin apa-rente y reduce la resistencia al corte.Las propiedades fsicas de los materiales de desechos mineros pueden ser determi-nados por pruebas de laboratorio, ensayos de friccin o cohesin, y por ensayos triaxia-les drenados, no drenados, lentos, rpidos, consolidados, o corte directo, de acuerdo alas condiciones de funcionamiento en obras que se quieren analizar.Para este tipo de clculos existen numerosos programas de software como el queaparece en la pgina 40.Figura 4.7. Polgono de fuerzasdonde:W = peso del elemento considerado.NW = componente tangencial.P = presin normal a la superficie dedeslizamiento del elemento considerado. = = ngulo del elemento considerado conrespecto a la vertical.S = resistencia al deslizamiento.Comprehensive and PowerfulSLOPE/W is the leading software product for computing the factor of safety of earth and rock slopes. With SLOPE/W, you can analyze both simple and complex problems for a variety of slip surface shapes, pore-water pressure conditions, soil properties, analysis methods and loading conditions.Using limit equilibrium, SLOPE/W can model heterogeneous soil types, complex stratigraphic and slip surface geometry, and variable pore-water pressure condi-tions using a large selection of soil models. Analyses can be performed using deterministic or probabilistic input parameters. Stresses computed by a finite element stress analysis may be used in addition to the limit equilibrium computa-tions for the most complete slope stability analysis available. With this comprehensive range of features, SLOPE/W can be used to analyze almost any slope stability problem you will encounter in your geotechnical, civil, and mining engineering projects.Easy to UseDefining a Stability ProblemThe unique CAD-like technology in SLOPE/W allows you to create your geometry by drawing it on the screen. You can even import a DXF picture to assist you.Then choose an analysis method, specify soil properties and pore-water pres-sures, define reinforcement loads, and create your trial slip surfaces. If you make a mistake, you can correct it using the Undo command. Viewing the ResultsOnce you have solved your stability problem, SLOPE/W offers many tools for viewing the results. Display the minimum slip surface and factor of safety, or view each one individually. View information about the critical slip surface, including the total sliding mass, a free body diagram and a force polygon showing the forces acting on each slice. Contour the factors of safety, or show plots of com-puted parameters. Then prepare the results for your report by adding text labels, axes, and pictures to the drawing.Integrated with Other ApplicationsUse pore-water pressures from SEEP/W, SIGMA/W, QUAKE/W or VADOSE/WUse stresses from SIGMA/W or QUAKE/WUsing finite element computed stresses in SLOPE/W allows you to conduct a stability analysis in addition to a static deformation or dynamic earthquake analysis. For example, you can compute the minimum factor of safety that will be reached during an earthquake, or you can find the resulting permanent deforma-tion, if any, using a Newmark-type procedure.Using finite element computed pore-water pressures in SLOPE/W makes it possible to deal with highly irregular saturated/unsaturated conditions or transient pore-water pressure conditions in a stability analysis. For example, you can analyze changes in stability as the pore-water pressure changes with time.Typical ApplicationsSLOPE/W can model almost any stability problem including: > Natural earth and rock slopes> Sloping excavations> Earth embankments> Open-pit high walls> Anchored retaining structures> Berms at the toe of a slope> Surcharges at the top of a slope> Earth reinforcement, including soil nails and geofabrics> Seismic and earthquake loading> Tension cracks> Partial and total submergence> Line load at any point> Unsaturated soil behavior> plus many more!GSlope stability analysis.SLOPE/ W 2004Fig. 4.9. Programa Slope/wING. RALALBERTO ACTIS 40Figura 4.8 Modelo de bloque de deslizamiento (Newmark, 1965)DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 414.3.4. Estabilidad con acciones ssmicasExisten mtodos empricos como los de Conlin (1987) y Lo (1988) que indican loscomportamientos de las presas de desechos frente a acciones ssmicas en funcin de lamagnitud del sismo, especialmente referidos a las construidas por el mtodo ms viejo:de aguas arriba.Para presas de desechos construidas de escollera, de tierra o bien de arena compac-tada y densa se pueden efectuar anlisis tales como los de Seed (1979), Newmark(1965) y Houston (1987). Sin embargo, para las presas de desechos que presentan comomaterial de base arenas de densidad media se debe poner especial atencin al efectuarlos anlisis. Estos mtodos irn comenzando por los ms simples hasta los ms com-plejos y costosos de acuerdo a la necesidad.Los principales son los siguientes:1) Equilibrio de lmite esttico, usando la resistencia correspondiente al estadoelstico-plstico o residual. En este tipo de anlisis de la resistencia residual a lo largode una cara potencial de fractura o falla se emplea un anlisis de estabilidad correspon-diente a un lmite convencional de equilibrio esttico. Las fuerzas de inercia causadaspor el sismo no estn incluidas debido a que son de muy corta duracin y se asume quela presa es capaz de absorber cualquier movimiento resultante de esas fuerzas de iner-cia.Este es un mtodo de anlisis barato y representa la peor condicin posible que sepuede desarrollar durante un sismo para una presa que presenta materiales no cohesi-vos, saturados, para bajas o medianas densidades, que son justo las que corresponden alas presas de cola.Si una presa resulta ser segura con este anlisis, y agregadas las deformacionesasociadas alcanza la condicin del estado residual, no es necesario realizar anlisis mssofisticados.Por otra parte si el anlisis indica que puede existir algn problema de estabilidad,se intentar realizar un anlisis de estabilidad ssmica simplificado o un anlisis por ele-mentos finitos, dinmico, para controlar si el terremoto o sismo de diseo es capaz dedisparar el proceso que conduce al estado de la condicin de resistencia residual.2) Anlisis simplificado de estabilidad ssmicaEse mtodo implica cumplir una evaluacin mnima de los siguientes factores:a) Conocer un terremoto de diseo con sus parmetros expresados a menudo comoun coeficiente ssmico.b) La presin de poros ssmica, que se da tanto en el material de presa como en lafundacin, evaluada a menudo con la ayuda de ensayos de laboratorio o concorrelaciones respecto a ensayos in-situ.c) De las fuerzas adicionales del embalse, resultantes de la prdida de resistenciaparcial o total en los materiales, debido a los movimientos o sacudidas delsismo, que se pueden simular con los programas tipo shake. Se establecer unanlisis de estabilidad adecuado post terremoto, incorporando los factores quehemos descripto, con lo cual se consigue una mayor aproximacin.Comprehensive and PowerfulSIGMA/W is a finite element software product that can be used to perform stress and deformation analyses of earth structures. Its comprehensive formulation makes it possible to analyze both simple and highly complex problems. For example, you can perform a simple linear elastic deformation analysis or a highly sophisticated, nonlinear elastic-plastic effective stress analysis.The many constitutive soil models allow you to represent a wide range of soils or structural materials. In addition, when coupled with SEEP/W, SIGMA/W can model the pore-water pressure generation and dissipation in a soil structure in response to external loads. These features enable SIGMA/W to analyze almost any stress or deformation problem you will encounter in geotechnical, civil, and mining engineering pro-jects.Easy to UseDefining a Stress and Deformation ProblemThe unique CAD-like technology in SIGMA/W allows you to generate your finite element mesh by drawing regions on the screen. You can then specify material properties and interactively apply boundary conditions, structural elements, trusses, and fill or excavation layers. If you make a mistake, you can correct it using the Undo command. Viewing the ResultsOnce you have solved your problem, SIGMA/W offers many tools for viewing re-sults. View a deformed mesh or displacement vectors at any magnification.Gen-erate contours or x-y plots of more than 30 computed parameters, including de-formation, total and effective stress, strain and pore-water pressure. Display shaded yield zones. View the stress state at any node or element Gauss point as a Mohr Circle with the associated space-force diagrams. Plot shear or moment distribution along structural elements. Then export the results into other applica-tions, such as Microsoft Excel or Word, for further analysis or to prepare presenta-tions.Integrated with Other ApplicationsUse SIGMA/W stresses in SLOPE/W or QUAKE/WUse SIGMA/W pore-water pressures in SLOPE/W or SEEP/WUsing finite element computed stresses in SLOPE/W makes it possible to conduct a rigorous stability analysis using the same stress values resulting from the deformation analysis. In addition, you can use SIGMA/W stresses as the initial stress state for a dynamic earthquake analysis in QUAKE/W.Excess pore-water pressures generated by static loading, such as fill placement, can be brought into SEEP/W to study how long it takes to dissipate the excess pressures in the foundation. You can use SLOPE/W to analyze the effect of these excess pressures on stability during construction, allowing you to determine the need for staged loading.Typical ApplicationsSIGMA/W can model almost any stress/deformation problem including: > Settlement of footings, fluid-filled tanks, or earth structures> Deformation within or underneath an embankment or earth dam> Closure around a tunnel> Lateral movement of braced or anchored excavations and surface settlement around the excavation> Floor rebound of open-pit, sloping excavations> Volume changes (uncoupled consolidation or heave) resulting from pore-water pressure changes> Staged fill placement, earthremoval> Soil-structure interaction, including free un-bonded anchors, cross excavation struts, and trusses> Fully-coupled consolidation analysis (with SEEP/W)> plus many more!GeoStudioOne Model. One Tool. Many Analyses.Stress and deformation analysis.SIGMA/ W 2004Fig. 4.10. Folleto explicativo del software Sigma-WING. RALALBERTO ACTIS 423) Anlisis ssmico de estabilidad por medio de los elementos finitos:Es el mejor mtodo en la actualidad. Implica la presencia de expertos en presas yde analistas de computacin como as tambin obtener una serie de datos para alimen-tar los programas. Este mtodo se ha hecho muy comn gracias a los avances en la tec-nologa de la computacin.Se ve en la figura 4.10 un programa comercial para anlisis ssmico (Sigma/W).DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 43Se debe poner atencin al analizar las presas de colas dado que estn construidascon arenas de densidad media. Por tal motivo la Comisin Internacional de GrandesPresas cre hace pocos aos una comisin especial de presas de desechos mineros eindustriales.Sntesis de los mtodos de evaluacin:a) Equilibrio lmite esttico usando la resistencia correspondiente al estado elas-to-plstico o residual. Se lo analiza a lo largo de una cara transversal de deslizamiento.Mtodo muy poco complicado y representa la peor posible condicin. Si resulta segu-ra con este anlisis no hace falta hacer otros.b) Anlisis simplificado de estabilidad ssmica. Implica conocer:1.Terremoto de diseo2.Presin de poros ssmica evaluada por mtodo laboratorio3.Fuerzas adicionales del embalse (Programa Shake)c) Anlisis de estabilidad por medio del mtodo de elementos finitos.4.3.5. Procedimiento resumido para diseoPara proyectar el mtodo de colocacin de los materiales para construir una presade desechos mineros se deben seguir los siguientes pasos:a) Seleccin de los materiales:Estos deben poseer la propiedad de tener una rpida desintegracin cuando sonsumergidos en agua. Una experiencia prctica es poner un cubo de suelo de 5 cm delado en agua; a los 10 minutos deber estar por lo menos 2/3 del volumen desintegra-do. El contenido de partculas de arcilla no deber ser superior a 15%; para granito dete-riorado no deber superar el 30%.b) Talud de la presa:Cuando los materiales de la presa estn comprendidos entre los indicados en elpunto anterior, se puede estimar el talud a dar a la presa por la siguiente frmula:Figura 4-11 . Estimacin del talud.N = 2,8 H (H y C en m)Ejemplo:N = 2,8 x 6,0 + C = 17,60 mH = 6,0 m ; C = 0,8 mING. RALALBERTO ACTIS 44c) Trabajos de drenaje:La presa llevar un filtro de drenaje en el talud de agua abajo: Adicionalmente seubicarn pozos de drenaje, rellenos de arena como as tambin zanjas, blankets o camasde arena.d) Control de la velocidad de sedimentacin por transporte hidrulico:Se efecta tomando capas comprendidas entre 0,5m y 1,0m. Una capa se comple-ta como mximo entre 1 y 3 das.Para presas muy grandes o altas la velocidad de elevacin de presa que puedeadoptarse como mximo vara de 0,2m a 0,3m / da.e) Control de la densidad:De acuerdo a la experimentacin, el contenido de agua de la lechada debe estaralrededor del 37 a 42%. Se deben efectuar mediciones constantemente durante la cons-truccin para prevenir que la lechada sea demasiado espesa o demasiado fluida.f) En zonas ssmicas:El contenido de agua del cuerpo de la presa se reducir al 24 - 26%.La disipacin de la presin de poros deber estar concluida en general a los 4meses. La presa en ese caso llega a estar uniforme y compactada, satisfaciendo losrequerimientos de estabilidad.CAPTULOCONSTRUCCINDE LA PRIMERA FASE

DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 455.1. Dique inicial.La preparacin del lugar para el dique inicial implica la remocin de rboles, male-zas, monte bajo u otra vegetacin, races largas, capa vegetal superior del suelo y sue-los livianos u otros suelos objetables dado que las investigaciones demuestren que noproveen un adecuado soporte para la presa o sus instalaciones complementarias.Los procedimientos constructivos para la presa inicial son muy similares a aque-llos utilizados para las presas de tierra o de escollera (rockfill).Un estudio del suelo y el terreno en cuanto a sus condiciones pueden indicar quesea necesaria la instalacin de una pantalla de impermeabilizacin (cutt off) o un siste-ma de drenaje debajo de la presa para controlar la percolacin o filtraciones.Los materiales finos son colocados en capas con la humedad ptima para la com-pactacin y son compactados hasta una densidad conforme a la resistencia deseada ylas propiedades de permeabilidad necesarias.Los suelos son generalmente dejados en delgadas capas, del orden de 15 a 30cm,y compactados con equipos pesados tales como pata de cabra, rodillos neumticos orodillos vibratorios. Los enrocados son depositados en capas de 30 a 60cm y compac-tados con rodillos vibratorios. Estos trabajos deben ser controlados por un ingeniero ensuelos.5.2. TiposEjemplos:a) Las presas iniciales son construidas segn una variedad de diseos bsicos.Probablemente el ms simple es aquel que utiliza el material aluvial que se consiguefcilmente en sitios cercanos a la obra, y puede ser transportado por carros mviles, amedida que se va levantando la presa.Figura 5-1 .Planta y corte de una presa (ICOLD, 1997)ING. RALALBERTO ACTIS 46b) Una presa inicial, como la de la mina San Miguel, fue erigida con material alu-vial con la instalacin de ranura o zanjas en los ngulos rectos a la berma. Estas zanjasfueron excavadas en lugares selectos de la fundacin donde podran ocurrir percolacio-nes y fueron cortados aproximadamente cada 4,20m y excavadas a la profundidad nece-saria para alcanzar un terreno relativamente slido e impermeable.Las zanjas fueron llenadas con material de prstamo semi-impermeable consisten-te en arcillas y arenas obtenidas de reas vecinas. Despus de completar las zanjas seus material aluvial para levantar la presa inicial.c) Otro sistema de ereccin de presa inicial es la utilizacin de un ncleo imper-meable en el eje de la presa.Como ejemplos podemos mencionar:Las presas 6 y 7 de la mina Copper Christmas, que tienen ncleos de hormigncon espaldones de suelo compactado al 95% (Proctor modificado).La presa Ozark, construida con un material impermeable compactado al 95% de ladensidad ptima, excepto para el pi del talud exterior que es un material permeable.Tambin se efectu una zanja excavada a lo largo del eje de la presa hasta una base dearcilla de 6m (20 pies) debajo de la presa y luego se rellen con arcilla.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 47En el rea, a unos 65 m (200pies) agua arriba de la presa inicial se instal un campode drenaje con drenes colectores que conducen a una tubera de salida ubicada debajode la presa. Los tubos de drenaje perforados son de 15cm y tienen adems exteriormen-te collares soldados para evitar la percolacin por la interface con la superficie del tubo.Una vlvula al final del colector exterior permite mantener el almacenamiento deagua en la forma deseada. Las zanjas de los tubos de drenaje son rellenadas con gravalimpia y una capa de arena gruesa.La presa inicial fue construida casi exclusivamente con suelos provenientes demateriales glaciales locales, acompaados por una cantidad de gravas obtenidas comomaterial de prstamo local y empleados en las instalaciones para el drenaje inicial(Estas instalaciones son suficientes para los primeros aos de operacin).d) En la presa Cities Service Pinto Valley de Arizona, se construyeron tres pre-sas iniciales. Esto fue debido a la topografa escalonada. Todas fueron presas homog-neas, cada una con un blanket de drenaje en su base. El lado de la olla de cada una deellos tena un blanket de drenaje conectado a una cama de filtro que se extenda a tra-vs de la presa para remover el agua. El agua que percolaba a travs del blanket dedrenaje era captada en una pequea presa azud y bombeada al sistema de agua. Lascondiciones de apoyo (bed rock) de las tres presas son diferentes, yendo desde rocasvolcnicas slidas hasta rocas volcnicas degradadas por el intemperismo, aflorantes otapadas por suelos residuales que varan de aluviones hasta depsitos lavados de lade-ra. Estas reas de base fueron limpiadas de partes flojas dejando a la vista la roca sli-da para proveer una base fuerte y no compresible para las presas iniciales.e) En la presa Climax (Colorado) se coloc una cama o capa de filtro debajo dela presa inicial. Esta cama fue extendida desde donde se extienden las dos caras aguaarriba y agua abajo y consista en lneas de tubos perforados de 15cm, paralelos y sepa-rados a 30 m entre ejes. Estas tuberas se ubicaban en zanjas de 15 cm, y luego eranrellenadas con gravas. Por arriba llevaban cajas de arena con un espesor de 90 a 150cm.f)En la presa Henderson Mine, se coloc un extenso sistema de drenes subterr-neos para apartar el agua, remover el agua superficial y bajar el nivel fretico a travsde la presa. La presa inicial fue construida con materiales de suelos permeables. Dadoque el drenaje subterrneo fue programado para contener los minerales disueltos y otroscontaminantes, estos efluentes son luego trasladados al rea de embalse.g) En la mina de la empresa Braden Copper de Chile, se estableci a travs del ejelongitudinal de la fundacin un sistema de drenes subterrneos, que consistan de unazanja de 75cm de ancho donde se coloc un tubo evacuador, con una pendiente del0,5%, que descargaba el efluente nuevamente al ro. El tubo era de 15cm, de hormign,cementado en la base de la zanja, con una apertura de 12,5mm. Se cubrieron las lneascon una capa de 15cm de grava de roca zarandeada entre 12,5mm y 50mm. A la cabe-za de estas lneas va otra capa de 15cm de roca partida de 50mm a 250mm. Se constru-yeron dos presas iniciales, una agua arriba del rea seleccionada para el embalse y otraagua abajo de la zona seleccionada.h) La Mina Brenda (British Columbia) utiliz un sistema similar al sistema de laBraden de Chile. La presa inicial superior fue construida de escollera con un blanketimpermeable. La presa inicial inferior fue construida con roca de libre drenaje que pro-vee en el pi el confinamiento al extremo de agua abajo de la presa definitiva, y tam-bin sirve para retener la presa o el terrapln de la presa de tal manera que est ubica-do cercano al lmite de una cada escalonada del valle.Se le provey de drenaje debajo del terrapln por medio de un drn tipo blanket,agua arriba del pi de la roca, juntamente con drenes con forma de dedos de una manoque se extendan debajo de las arenas del terrapln.i) En la mina White Pine (Michigan), las presas de colas consisten en dos presasiniciales paralelas. Se construyeron dos presas de tierra rodillada (compactada con rodi-llos), una anterior y otra posterior y entre ellas se construy un sndwich con arenasmolidas de desechos de ciclones, formando un ncleo que es mantenido sin aguamediante un extenso sistema de drenaje.Existen otros ejemplos de instalaciones en las que se han construido importantesobras de drenaje, debajo de la presas iniciales. En la Mina Gibraltar (ColumbiaBritnica) se construy una presa en la lnea de las alturas mximas. Se proveyeron dre-nes subterrneos del tipo de roca, abiertos en forma de dedos de una mano y dejadospara ser extendidos agua abajo a medida que la altura y ancho de la base progresara.Esta provisin fue tambin hecha para compensar el pi externo de la presa final pormedio de un dren bajo dique, que se extiende de un lado al otro.5.3. Sistemas de remocin del aguaLa operacin del agua del embalse, al final de las operaciones, tanto del tipocorriente como temporario, es la segunda en importancia despus de la operacin de losslidos de desecho. Para juzgar en cuanto a la bondad de un sistema con respecto a otroy ver si cumplen con el cometido de operar los volmenes de agua se debe dar priori-dad al grado de dependencia o libertad de las operaciones de supervisin, labor, sumi-nistros y energa. La principal pregunta que se debe hacer es si durante la suspensinde las operaciones de la planta por meses o an aos, ya sea por quebrantos, problemaslaborales, polticos, etc., los diseos son aptos para continuar con los servicios o de locontrario, con el cierre la presa de desechos debe cuidarse por s misma.5.3.1. Sistemas de drenaje para servicio continuoComprende toda el agua acumulada en las presas y tambin, en algunos casos, losarroyos o el agua de lluvia de la cuenca que desagua a la presa. Se remueve por mediode zanjas, cunetas, acequias, sifones o bombas que se mueven flotando a travs de lasuperficie del agua acumulada o que son movidas de un punto a otro.48 ING. RALALBERTO ACTIS5.3.1.1. AcequiasEste sistema se usa en pequeas operaciones, de algunos cientos hasta 1000 2000toneladas por da. Cuando el rea de ubicacin de los desechos est sobre una pendientedel 6 al 10%, la presa puede ser construida segn la forma de herradura de manera que elcontrol del agua clara de arriba del embalse es fcil y simple. Las acequias de naturale-za temporaria pueden ser fuentes de agua clara usando un azud vertedor, conjuntamentecon las fuentes permanentes que toman el agua de los cerros vecinos. Lamentablementeun sistema as no se puede mantener en forma permanente por largos perodos dado quepuede colapsar. Este sistema da ms trabajo para operarlo que los otros.5.3.1.2. SifonesEste sistema se lo ve en algunas instalaciones grandes, como las de Kennecott yWhite Pine, con carga variable. Se usa una pequea bomba en el punto alto de la lneapara cebar el sistema de tanto en tanto, cuando se desea. Tambin puede tener una vl-vula en el punto final que controla la cantidad de caudal. El embalse debe estar cercadel dique. La circulacin de agua con carga slida puede taponar puntos del sistema. Elsistema es barato de operar.5.3.1.3. BombasAveces se usan bombas para remover el agua o barro. Van montadas sobre barqui-tos flotantes o sobre patines desde la costa. Los sistemas de bombas montados en bar-cazas son relativamente baratos para instalar y mantener, y si el rea de disposicin delos desechos est ms bajo que la planta de molienda de roca, tiene la ventaja de dismi-nuir la carga esttica del agua de retorno a la planta. Una vez instaladas, los nicos49 DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACINFigura 5-2. Instalacin de bombaA. Desechos asentados.B. Pileta de aguas claras.C. Plataforma flotante.D. Tubera de salida.E. Bomba sumergible.ING. RALALBERTO ACTIS 50Figura 5-3. Instalacin de bombeo (ICOLD 1997)DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 51requerimientos constructivos son aquellos correspondientes a los cambios de longitudde la lnea de retorno. Un sistema de bomba flotante no est sujeto a problemas dedecantacin en la lnea, pero una falla en la provisin de energa elctrica cancela laremocin del agua y el exceso del agua embalsada puede posiblemente terminar en unadestruccin de la presa por sobrepaso del coronamiento.Cuando los niveles de agua aumentan y estn cerca del coronamiento se hace nece-sario una constante atencin para mantener a las bombas en un funcionamiento perfec-to. Cuando se elimine la operacin de la mina, es necesario implementar un sistema deevacuacin automtico, como ser un vertedero libre, etc.En caso de que la operacin se realice en climas helados, el agua congelada puedeser un problema serio. Para mantener el barco en funcionamiento se utilizar aire com-primido o la circulacin del agua. El sistema de bombas es el ms inconveniente cuan-do se producen largas suspensiones de actividades, por ello es conveniente que se dis-ponga alternativamente de un sistema del tipo de gravedad.5.3.2. Sistemas no dependientes de un servicio continuo5.3.2.1. Tuberas de decantacinEl sistema ideal, desde este punto de vista, es el que usa tuberas permanentes ins-taladas en el terreno que pueden llevar agua limpia desde el embalse hasta el sistemade almacenamiento ubicado debajo de la presa o de la serie de presas.La remocin del agua por sistemas del tipo de las lneas o tuberas no decantantesse efecta de forma que se puede remover el lquido sin disturbar el sedimento. Estemtodo emplea la gravedad para el transporte. Se usan tubos de acero, hormign arma-do u hormign armado prefabricado. Deben ser diseadas de acuerdo a las cargas est-ticas y dinmicas que recibirn en su vida til y deben estar asentadas en bases firmes.Si las tuberas se pasan debajo de las presas debern llevar collares anti-percola-cin para evitar las fugas de agua y el sifonaje. Este sistema se llama de drenaje subte-rrneo, dado que las tuberas permanentes van debajo de los desechos. Las tuberasdebern anclarse, en toda su extensin para evitar que fallen debido a la flotacin porlas tremendas fuerzas que se pueden desarrollar con el deslizamiento de los desechossemifluidos que pueden tener pesos especficos inferiores a los materiales en que seencuentra sumergida la tubera.5.3.2.2. Tomas de decantacinLa ubicacin de estas tomas debe hacerse desde las primeras instancias del proyec-to. En muchas instancias las torres de decantacin se ubican muy cercanas a las bermasque se forman a medida que crece la presa. En pequeas operaciones los drenes subte-rrneos se usan sin la torre de decantacin y se los extiende en la medida que se nece-sitan, con una instalacin de tamizado al final. Las torres de decantacin fueron usadaspor muchos aos y van desde un simple tubo de acero vertical a tuberas de hormignarmado, de forma redonda, cuadrada o en herradura. Se usan torres de 3m de dimetroo ms grandes y casi siempre ofrecen buenas cualidades para el vertido o la entrada delfluido. La mayora de las torres de decantacin tienen agujeros para la entrada del aguaING. RALALBERTO ACTIS 52de 10 a 30cm de dimetro. Otros agujeros son construidos para ser utilizados como ver-tederos para control de nivel y caudal.Amedida que aumenta la altura del embalse los agujeros o los vertederos son alza-dos y colocados a la altura requerida. La torre debe ser diseada con una buena funda-cin para minimizar los asentamientos y proveer el movimiento de los desechos alre-dedor de l. Es de fundamental importancia que la torre y la lnea de decantacin seanfuertemente construidas para que permanezcan en servicio an despus que se comple-t el depsito de desechos (tailings) en reas abandonadas. Las torres de decantacingeneralmente necesitan poca atencin y tienen bajos costos de operacin, pero el costoinicial puede ser alto.El agua decantada escurre a un pozo o resumidero de coleccin del agua, desdedonde es bombeada a un concentrador para ser usada nuevamente en la planta. Si elagua no se necesita para usarla nuevamente en la planta se la dirige generalmente aguaabajo del aprovechamiento, efectuando un tratamiento si fuera necesario.Ventajas:a) La estructura es generalmente simple para disear y construir.b) La torre se puede construir para la altura total desde el comienzo, o puede ir incre-mentndose a medida que se avanza con la colocacin de materiales de desecho.c) El sistema requiere solo atencin cuando hay que cambiar los agujeros de entra-da o el vertedor.d) El caudal de descarga se incrementa a medida que se incremente la carga est-tica o altura del agua.e) Despus de abandonada la presa el sistema contina funcionando.Desventajas:a) El costo de instalacin es alto.b) La carga de bombeo no disminuye con el tiempo.c) Cualquier dao producido por terremoto o asentamiento, destruye el sistema deremocin del agua y se pueden acumular lquidos llevando a la falla total de lapresa, por sobrepaso de coronamiento.d) Existe la posibilidad de que se produzca una falla por sifonaje al ser un sistemaque pasa debajo de la presa.5.3.2.3. DrenesLos drenes tienen la funcin de proveer una descarga controlada de las zonas inte-riores de la presa. Se debe tener en cuenta que los materiales usados para drenes debe-rn tener entre 200 y 1000 veces ms permeabilidad que el material a drenar.Tipos de drenes (fig. 5.6)a) Mantos horizontales drenantes (blankets)b) Drenes flotantesc) Drenes sobre el suelod) Tubos perforados (en la mitad superior)DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 53(1) Terrapln impermeable al comienzo.(2) Terrapln impermeable de la base.(3) drenaje secundario.(4) arenas ciclnicas(5) playa(6) parte mas gruesa del desbordamiento ciclnico.(7) lodos(8) Agua del embalse(9) drenaje general(10) salida del drenaje(11) terrapln del estanque de recuperacin(12) linea de saturacin.Figura 5-4. Ubicacin de los drenesFigura 5-8. Ubicacin de drenes (ICOLD 1997 - Q44)ING. RALALBERTO ACTIS 54(1) grava(2) 1:1 grava/arena (mezcla)(3) tubo perforadob. Drenes flotantes(1) tubo perforado(2) grava(3) 1:1 grava/arena (mezcla)a. Blanquets o mantos horizontales drenantes(1) drenaje(2) geomembrana(3) linea fretica o de saturacinc. Drenes sobre el suelo(1) tubo perforado(2) grava(3) arena o mezcla 1:1 de arena/grava(4) pavimento poroso con tela (geotextile).d. Tubos perforados: en la mitad superiorFig. 5.6. Tipos de ubicacin de los drenes.DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 55Figura 5-7. Lineas de flujo del drenaje (Ayala y Rodrguez 1986).ING. RALALBERTO ACTIS 565.3.3. Mtodos combinadosAl empezar una presa inicial se colocan usualmente bombas y luego se va dejandode usarlas empleando el sistema definitivo.Figura 5-7. Mtodos combinados de drenaje (ICOLD 1997).DIQUES DE COLAS MINERAS. CLCULO, DISEO, CONSTRUCCIN Y OPERACIN 575.3.4. AliviadoresOtro mtodo de descarga del agua embalsada es mediante el uso de aliviaderos,sifones o canales.Figura 5.8AliviaderoFigura 5.9. Sifn de extraccin de agua decantada (Ayala y Rodrguez 1986).Figura 5-10. Torre de toma (Ayala y Rodrguez, 1986).ING. RALALBERTO ACTIS 58Hay tres mtodos comunes de construccin o formas de dirigir los trabajos cuan-do se emplean materiales de desechos de minas para la elevacin de las bermas. Es