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Diseño de Presas de Relaves: Retos y Alternativas de Solución por Anddes

Autores: Hernan Huayamares (Ingeniero de Diseño Civil en Anddes), Omar Malaver (Ingeniero Civil Sénior en Anddes) y Humberto Alvarado (Senior Civil Sénior en Anddes).

En los últimos años, la minería ha tenido un importante desarrollo y crecimiento a nivel de proyectos para permisos, etapas de construcción y operación. Este desarrollo ha ido de la mano con la implementación de las buenas prácticas que exigen las normas y guías internacionales de los estándares para el manejo y diseño de presas de relaves como las guías de la Canadian Dam Association (CDA) y del Estándar Global de Gestión de Relaves para la Industria Minera (GISTM por sus siglas en inglés) del International Council on Mining and Metals (ICMM).

La mayoría de los proyectos mineros que se desarrollan en el Perú asumen grandes retos debido a las condiciones topográficas agrestes, que implica realizar el movimiento de tierras en grandes volúmenes para garantizar la estabilidad de la estructura y su correcta operación; en particular para los depósitos de relaves, los cuales tienen como objetivo almacenar los residuos del proceso de extracción del mineral que conocemos como relaves.

Un claro ejemplo de estas condiciones retadoras ha sido el recrecimiento de una presa de relaves, ubicada en el centro del Perú; a una altitud que varía entre 4300 y 4800 msnm.

Anddes asociados, el cual estuvo a cargo del análisis y desarrollo de este proyecto, planteó dos escenarios para el recrecimiento de la presa. El primero mediante la colocación de un muro de suelo reforzado, y el segundo, mediante el recrecimiento a eje central con material de préstamo. Ambos escenarios, analizados y justificados debidamente por las especialidades correspondientes, civil, hidráulica y geotecnia.

Como parte del desarrollo del proyecto, y en función a la experticia del equipo de Anddes, se optó por continuar con el escenario que contemple las condiciones más cercanas para la configuración de cierre (recrecimiento de presa bajo el criterio de eje central). Este diseño contempló todas sus obras complementarias, tales como mejoramiento de cimentación, sistema de drenajes para aguas de infiltración, sistema de revestimiento del vaso del depósito, sistema de drenaje (dren chimenea) al interior de la presa, recrecimiento de la presa, manejo de drenaje superficial y evaluaciones geotécnicas correspondientes.

El diseño del crecimiento de la presa de relaves cuenta con el sustento geotécnico, basado en investigaciones realizadas en proyectos anteriores a este, campañas geotécnicas adicionales y evaluaciones de los materiales de préstamo a utilizar.

Con la finalidad de garantizar adecuadas condiciones de estabilidad, se desarrolló el análisis geotécnico que incluye análisis de respuesta unidimensional, cálculo de coeficiente sísmico, análisis de infiltración y estabilidad por equilibrio límite. De acuerdo con el estándar “Application of Dam Safety Guidelines to Mining Dams” de la CDA (2019), el diseño geotécnico consideró una demanda sísmica asociada a un periodo de retorno de 2475 años. Adicionalmente, como parte del recrecimiento de la presa se consideró instrumentación geotécnica adicional, la cual está comprendida por instrumentos con medición de telemetría.

El diseño civil e hidráulico del recrecimiento de la presa fue diseñado considerado tres subetapas según el proceso constructivo, denominadas subetapas A, B y C, es decir, las tres subetapas forman parte del proceso constructivo de la presa, la cual conserva el método de recrecimiento de eje central, Es preciso indicar que la finalización de la etapa C corresponde al diseño final de la presa (Ver Figura 1.1).

La colocación del enrocado y el relleno estructural II (tamaño máx. 1”) aguas arriba de la presa tiene como objetivo mejorar la cimentación en la zona del relave, luego se procedió con la primera parte del revestimiento, la cual consiste en la instalación de una geomembrana SST de LLDPE de 1,5 mm sobre la superficie conformada, con el objetivo de impedir que los flujos infiltren en la etapa 4. Sobre esta geomembrana se conformó una capa suelo de baja permeabilidad de 300 mm de espesor como una segunda barrera impermeable y como protección de la geomembrana contra el punzonamiento de las partículas del relleno estructural tipo I (tamaño máx. 6”) que se colocará sobre dicha capa.

La segunda parte del revestimiento se instaló con la finalización de la conformación de la presa con relleno estructural tipo I y tipo IA (tamaño máx. 12”) por subetapas, el cual consiste en la instalación de geotextil no tejido de 400 g/m2 para proteger al revestimiento de las posibles irregularidades que se presenten en el talud aguas arriba, sobre el geotextil se instaló un revestimiento geosintético de arcilla (GCL) como revestimiento secundario y finalmente una lámina de geomembrana de HDPE lisa de 1,5 mm como revestimiento principal. El revestimiento del vaso del depósito está conformado por GCL y geomembrana de HDPE lisa de 1,5 mm. También se ha considerado un geotextil de 270 g/m² como protección de la geomembrana en toda la zona del vaso para evitar daños durante la disposición del relave por el propio asentamiento del mismo. Este geotextil se instalará al culminar el revestimiento del recrecimiento de la presa de relaves.

Los recrecimientos por etapas y la condición final del revestimiento se muestran en la Figura 1.1

Figura 1.1

Como se muestra en la Figura 1.1, se consideraron subetapas para el recrecimiento de la presa de relaves. Estas subetapas fueron propuestas para tener una secuencia constructiva simplificada, en cuanto al tema operativo se consideró que la disposición de relaves sea a partir de la subetapa B, ya que realizarlo desde la subetapa A, estaríamos simulando un recrecimiento aguas arriba de una presa. Siendo el crecimiento aguas arriba una práctica que no representa una condición segura.

El recrecimiento a la subetapa 5B se muestran en la Figura 1.2

Figura 1.2

La configuración consideró que durante toda la operación se conserve un borde libre de 2 m como mínimo evitando de esta manera un posible desborde de los flujos de agua almacenada; el borde libre corresponde a la diferencia entre la cota de cresta de la presa y la cota máxima de la laguna de aguas claras en el depósito.

Las estructuras hidráulicas se diseñaron para eventos hidrológicos extremos de 1/3 entre 1000 años y PMP (precipitación máxima probable) y los 2/3 entre 1000 años y PMP de periodo de retorno para estructuras de operación y cierre, respectivamente.

Las estructuras hidráulicas consideradas para el manejo del drenaje superficial del recrecimiento de la presa están conformadas por estructuras diseñadas con concreto armado de alta resistencia. El manejo del drenaje superficial está conformado por los sistemas de drenaje de las márgenes izquierda y derecha, ubicadas en el perímetro del depósito de relaves. Sabemos que, con el transcurso de los años, aparecen nuevos retos y oportunidades de mejora para los distintos proyectos, debido a esto, las guías internacionales o buenas prácticas exigen que los diseños cumplan los aspectos mínimos necesarios para garantizar el correcto funcionamiento operativo, ambiental y social de cada proyecto. El recrecimiento de la presa descrita, fue uno de estos casos, el cual, el equipo de Anddes, caracterizado por la calidad, innovación y respuesta rápida, desarrolló y acompaño durante el diseño y la construcción de manera satisfactoria, para poder garantizar el correcto desarrollo del proyecto.

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