Causas y Mecanismos de Las Fallas de Presas

Síguenos: /ConstruccionICG CAUSAS Y MECANISMOS DE FALLAS EN PRESAS DE RELAVES1 Victor Daniel Oyola Falconí Ingeniero Civil RESUMEN Es importante conocer, estudiar y analizar las causas y mecanismos de fallas que se producen en las presas de relaves, para poder tener en cuenta que variables inducen a un posible colapso de las mismas, buscando evitarlos y/o disminuir su posible presencia al momento de diseñar una presa de contención de residuos mineros. Este artículo muestra las causas de falla identificadas por ICOLD (International Commission on Large Dams) a través de una recopilación de eventos ocurridos a escala mundial, así como algunos mecanismos de falla que pueden presentarse en una presa de relaves. Se muestran diversos gráficos estadísticos a partir de los casos estudiados por ICOLD, los cuales son muy útiles para los ingenieros involucrados con el diseño de las unidades de almacenamiento de relaves. 1) INTRODUCCIÓN El año 2001, ICOLD publicó su Boletín N°121 titulado Figura N°1 Tipos de Presas de “Tailing Dams. Risk of Dangerous Occurrences. Relaves según Método Constructivo Lessons Learnt From Practical Experiences”, el cual recopiló 221 casos históricos de fallas en presas de Las líneas punteadas en la Figura N°1 hacen alusión relaves a nivel mundial, y brindó valiosa información, a cómo va el recrecimiento de la presa según las la cual permitió generar gráficos estadísticos a partir etapas de construcción, es decir indican la dirección de los casos documentados. Una de las conclusiones en cómo crece el dique a lo largo del tiempo. más resaltantes obtenidas a partir de dicha publicación, fue el que las causas de fallas más 3) CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE RELAVES comunes en presas de relaves no eran las mismas que en lo concierte a presas de agua. Asimismo, se A partir del Boletín 121 de ICOLD se obtuvo la observó que el sistema constructivo del dique de la estadística de causas de falla en presas de relaves presa de relaves, así como las componentes mostrada en la Figura N°2. empleadas para su construcción, también tenían incidencia en la probabilidad de falla. 2) SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN PRESAS DE RELAVES Existen diversos tipos de presas para la contención de residuos mineros, pero normalmente se construyen presas de tierra. En el Perú la gran mayoría de presas de relaves son presas transversales a un cauce. Este tipo de presas son construidas mediante tres métodos Figura N°2 Causas de Falla en Presas de Relave constructivos (aguas arriba, aguas abajo y línea central) los cuales se muestran en la Figura N°1. 1 Artículo originado a partir de la tesis “Propuesta para Modelación Numérica de Rotura de una Presa de Tierra de Contención de Relaves Convencionales” presentada en la Universidad Nacional de Ingeniería para optar el título de ingeniero civil. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia www.construccion.org / [email protected] dependiendo de la permeabilidad del de las presas. hay tres situaciones típicas. 2001).1) Deslizamientos en Presas viscoso. 3.2) Sismo en Presas 3) Desórdenes .Instituto de la Construcción y Gerencia www. . Este aumento de causas más frecuentes en roturas de presas de la presión del agua intersticial tiene el efecto de relaves. 2) Desarrollo de presiones de poro durante Cuadro N°1 Diagramas de Fallas en Presas de Relave trabajos de recrecimiento (un ritmo de recrecimiento excesivo no permite la disipación Tipo de Falla Características Diagrama de Falla de presiones de poro).org / icg@icgmail. Este flujo de agua puede tomar tiempos fenómeno de licuación sobre los suelos de fundación variables. ocurrirá un los deslizamientos y sismos en presas por ser las incremento de la presión del agua. Si la permeabilidad es baja y la distancia a tubificación también se han presentado. hasta el punto de hacer que el material fluya como un líquido 3. se muestran posibles diagramas de comúnmente desencadenan un deslizamiento de fallas que pueden presentarse en las roturas de las talud: presas de relave. Estructural) .Movimiento de primero se comprende la tendencia de estos muros de finos a través de materiales a reducir su volumen de poros cuando se arranque un dique de inadecuados esteriles gruesos. las cuales se muestran en el Cuadro N°1.Erosión sismos en las presas. los somete a deformaciones de corte cíclicas. las causas Cuando un material granular tiene sus poros llenos de de falla en presas de relave más frecuentes son los agua (condición saturada).org .Socavación del Uno de los problemas más importantes que deben por flujo de agua talud aguas abajo tomarse en cuenta son los efectos que generan los o filtraciones por tubificación. disminuir la resistencia cortante entre partículas. descontroladas . Las roturas por desbordamiento y material. Se hará una breve descripción de deformaciones) ocurren rápidamente. estos cambios de volumen deslizamientos (27%) inducidos por inestabilidad de deben ocurrir a expensas de expulsar agua de los taludes y los sismos (18%) los cuales generan el poros. El deslizamiento de un talud ocurre cuando los 4) MECANISMOS DE FALLA EN PRESAS DE esfuerzos de corte en una superficie que delimita un RELAVES bloque de suelo. exceden la resistencia al corte del material. de alta densidad. talud.construccion. Síguenos: /ConstruccionICG Como se puede apreciar en la Figura N°2.Erosión 2) regresiva en el Desbordamiento Figura N°3 Falla por Deslizamiento talud externo del (Overtopping) en una Presa de Relaves dique. Difundido por: ICG . que son las que (Carrillo. 1) Inestabilidad En la Figura N°3 se ilustra un esquema de la falla por del apoyo (Falla deslizamiento en presas de relaves.Hundimientos en el pie del dique. si 4) Diques y . acompañados de un diagrama esquemático para 1) Elevación de nivel freático y su aproximación al cada una de ellos. En particular. los cuales podrían producir (Excesivas) regresiva. El fenómeno de licuación de materiales granulares (no plásticos) se puede entender. para las presas de residuos En el libro “Geotecnia de los Suelos Peruanos” mineros. pero con los drenes es grande o las acciones (cargas o menor frecuencia. .Falla del talud 3) Licuación de las zonas saturadas del depósito aguas abajo por debido a una acción sísmica. fallas por efecto de ondas sísmicas o licuación de suelos. durante la instalación de la cobertura o por tránsito de maquinaria pesada. deslizamiento. construccion.Licuación de 6) Vibraciones y arenas saturadas otros que originan falla total de la presa. 2001). 4) Diques y Figura N°4 Países con Más de 5 Fallas Históricas muros de arranque inadecuados .Deslizamientos catastróficos (“Soplarse las Relaveras”). Figura N°5 Países con Menos de 5 Fallas Históricas En la Figura N°6 y la Figura N°7 se muestran los 5) Desórdenes números de incidentes ocurridos según el mineral . Figura N°6 Fallas Según Tipo de Mineral (≥ 5 Incidentes) 5) ESTADÍSTCAS A PARTIR DE CASOS DE FALLA EN PRESAS DE RELAVES Como ya se había mencionado. se pudo generar gráficas estadísticas.org / icg@icgmail. falla de la misma tal como se puede notar en la Figura N°8. extracción de cobre (52 casos) y oro (28 casos) son deposición los que más incidentes presentaron. La Figura N°4 y la Figura N°5 hacen alusión a la cantidad Figura N°7 Fallas Según Tipo de Mineral (< 5 Incidentes) de casos históricos registrados por ICOLD hasta el año 2001. .org .Flujo rápido de por mal agua que produce extraído.Instituto de la Construcción y Gerencia www.Inestabilidad de taludes inicial. se aprecia que el país con más fallas Previamente se mencionó que el sistema constructivo históricas es Estados Unidos (91 casos) y en segundo del dique de la presa influencia en la probabilidad de lugar se encuentra Chile (26 casos). Síguenos: /ConstruccionICG Cuadro N°1 Diagramas de Fallas en Presas de Relave (Continuación) Tipo de Falla Características Diagrama de Falla .Erosión regresiva. observándose que las presas construidas con el sistema aguas arriba (89 casos) son las más propensas a presentar fallas.Deslizamientos del talud aguas abajo. mientras que las presas Difundido por: ICG . en base a la documentación de casos históricos de fallas en presas de relaves recolectados en el Boletín 121 (ICOLD. como se puede apreciar los procesos de funcionamiento sifonamiento en la del sistema de arena del dique. . las cuales se muestran y describen a continuación. . Los La Figura N°14 muestra incidentes según causas de números de casos mostrados fueron la base para la falla versus material de relleno del dique. donde se aprecia que las presas de diques de relaves son las más susceptibles (69 casos). mientras que las presas de enrocado (9 casos) son las más seguras. lo cual permite apreciar que las presas construidas con el sistema Otro factor que incide en la probabilidad de falla es el aguas arriba falladas por inestabilidad de taludes (31 material de relleno del dique de la presa.construccion. notándose elaboración del gráfico estadístico previamente que las presas con material de relleno de relaves han mostrado en la Figura N°2. Las presas construidos con el sistema aguas arriba (61 casos).Instituto de la Construcción y Gerencia www. Figura N°10 Fallas Según Presas Activas o Inactivas Figura N°13 Material de Relleno del Dique vs Sistema Constructivo En la Figura N°11 se muestran los incidentes ocurridos según los mecanismos de fallas. mientras que las presas inactivas (26 casos) presentan menor cantidad de fallas. activas (180 casos) son las más propensas.org . Figura N°11 Incidentes Según Mecanismo de Falla La Figura N°12 muestra incidentes según causas de Figura N°8 Fallas Según Sistema Constructivo del Dique falla versus sistema constructivo. Figura N°12 Causas de Falla vs Sistema Constructivo Figura N°9 Fallas Según Material de Relleno del Dique En la Figura N°13 se muestran incidentes según material de relleno (del dique) versus el sistema La Figura N°10 muestra que las fallas en presas de constructivo. Síguenos: /ConstruccionICG construidas con el sistema de línea central son las menos propensas (14 casos). lo cual permite observar que los casos relaves pueden presentarse tanto en etapa de más frecuentes se presentaron en diques de relaves operación como en etapa post cierre.org / icg@icgmail. Difundido por: ICG . lo cual se casos) y sismos (25 casos) han sido las más usuales. fallado más veces por inestabilidad de taludes (19 casos) y por sismo (19 casos). puede observar en la Figura N°9. GARINO LIBARDI Lucas.construccion. Risk of Dangerous Occurrences. “Canchas de Relaves de  Las causas de falla más frecuentes Concentradoras Mineras”. [3] OLDECOP Luciano. Lessons Learnt Difundido por: ICG . Perú. son las que han fallado con mayor frecuencia. RODRÍGUEZ Roberto. no obstante también se han presentado fallas en etapa post cierre (presas inactivas). mientras que las que menos fallas han presentado son las presas construidas empleando el sistema de recrecimiento por línea central. 2001. V Congreso Argentino de Presas y Figura N°14 Causas de Falla vs Material de Relleno del Dique Aprovechamientos Hidroeléctricos. España. las presas de relave más propensas a fallar son las construidas mediante el método de recrecimiento aguas arriba. Madrid. Perú. Lima. “Propuesta (18%) y desbordamiento (16%). Síguenos: /ConstruccionICG From Practical Experiences”. “Mecanismos de Fallas de las Presas de Residuos Mineros”. Primera Edición. “Funcionamiento Hidráulico. 2008. 6) CONCLUSIONES [5] ORDOÑEZ CUROTTO Alberto CEPIS de la OPS/OMS. [4] OLDECOP Luciano. 2007.Instituto de la Construcción y Gerencia www. sismo [6] OYOLA FALCONÍ Victor Daniel. 2016. para Modelación Numérica de Rotura de una Presa de Tierra de Contención de  Estados Unidos es el país que más casos Relaves Convencionales”.  Las fallas comúnmente han ocurrido en presas en funcionamiento (presas activas). ZABALA Francisco.org / icg@icgmail. RODRÍGUEZ PACHECO Roberto.  Según el sistema constructivo del dique. 1984. Francia. Primera Edición.  Las presas cuyo material de relleno del dique está compuesto por relaves mineros. 2001. Universidad presentado. 7) REFERENCIAS [1] CARRILLO GIL Arnaldo. N° 148.org . Perú. siguiéndolo de lejos en un Nacional de Ingeniería. Boletín 121: “Tailing Dams. [2] ICOLD. históricamente en roturas de presas de Lima. relave son deslizamientos (27%). Argentina. Lima. Tesis para Optar de fallas en presas de relaves ha el Título de Ingeniero Civil. segundo lugar Chile. Revista Ingeniería Civil. “Geotecnia de los Suelos Peruanos”. Tucumán. Estabilidad y Mecanismos de Rotura de Presas de Relaves Mineros”. Paris.  Las presas de almacenamiento de residuos mineros de cobre y oro han sido las más propensas a fallar hasta la fecha.