Coberturas para evitar la generación de agua ácidas en colas y desmontes de COMIBOL

DOCUMENTOS TÉCNICOS, AMBIENTALES Y SOCIALES

La Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) y la Universidad Técnica de Oruro (UTO) ejecutaron un convenio de cooperación interinstitucional para apoyar los proyectos de mitigación ambiental que tiene COMIBOL. En el marco de este convenio se han estudiado varios sistemas y diseños de coberturas para la remediación ambiental de pasivos ambientales, como los desmontes de Itos, San José, Santa Fe, Morococala, los relaves de Frankeita. También se ha evaluado el comportamiento hidráulico de las coberturas instaladas en los desmontes.

De los diferentes métodos de protección de desmontes para alcanzar estabilidad química y evitar la contaminación hídrica y eólica se seleccionaron aquellos que son viables en climas semiáridos y que no tengan elevado costo en su aplicación.

Con el apoyo de

Dirección de Medio Ambiente - COMIBOL Av. Villazón No 1966 • Edif. Krutzfeld, Piso 7 Telf. 2310516 • Fax 2310584 Sitio web: www.dimacomibol.gob.bo Correo electrónico: dima@dimacomibol.gob.bo La Paz - Bolivia

Embajada de Dinamarca

COBERTURAS para evitar la generación de agua ácida en COLAS

y DESMONTES de COMIBOL

DE ORURO

UNIVERSIDAD

TÉCNICA

COBERTURAS para evitar la generación de agua ácida en COLAS

y DESMONTES de COMIBOL

CONVENIO DE COOPERACIÓN INTERINSTITUCIONAL: CORPORACIÓN MINERA DE BOLIVIA - UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO

DOCUMENTOS TÉCNICOS, AMBIENTALES Y SOCIALES

COBERTURAS PARA EVITAR LA GENERACIÓN DE AGUA ÁCIDA EN COLAS Y DESMONTES DE COMIBOL Este documento fue elaborado por: Universidad Técnica De Oruro Dr. Ing. Antonio Salas Casado M. Sc. Ing. Octavio Hinojosa Carrasco Dr. Ing. Gerardo Zamora Echenique M. Sc. Ing. Cinda Beltrán Ortiz Contraparte COMIBOL: Ing. Wilson Loza Callisaya Ing. Lourdes Padilla Martínez Ing. Carlos Dorado Ledezma Ing. Eduardo Barrientos Barahona DIRECCIÓN DE MEDIO AMBIENTE - COMIBOL Ing. Héctor Luis Arandia Terán Ing. Jhonny Ever Victoria Pestañas Asesor Técnico Cooperación: Ing. Ronald Boon Corrección de estilo y cuidado de edición: Iván Salazar Diagramación: Comunicación Conceptual Con el apoyo de: Cooperación Danesa (DANIDA) D.L.: 4-1-54-14 P.O. La Paz, Bolivia - Julio 2013

ÍNDICE AGRADECIMIENTOS............................................................................................................11 RESUMEN TÉCNICO.............................................................................................................17 1. ANTECEDENTES...............................................................................................................33 2. ALCANCE DEL ESTUDIO Y RESULTADOS ESPERADOS..........................................................35 3. PLAN DE TRABAJO..........................................................................................................37 4. PRUEBAS EXPERIMENTALES CON COBERTURAS DE TECHO.................................................39 4.1. Coberturas para las colas de Frankeita...........................................39 4.1.1. Antecedentes..........................................................................39 4.1.2. Cobertura SDR.......................................................................41 4.1.3. Resultados experimentales........................................................45 4.1.4. Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas

de las muestras.......................................................................49 4.1.5. Estudio de costos para la restauración de Frankeita ...................51 4.1.5.1. Costos de la cobertura......................................................52 4.1.5.2. Costos del canal perimetral...............................................53 4.1.5.3. Costos del muro perimetral de contención...........................53 4.1.6. Conclusiones: cobertura SDR para las colas de Frankeita............53 4.2. Coberturas para los desmontes de Itos............................................55 4.2.1. Antecedentes..........................................................................55 4.2.2. Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas

de las muestras ......................................................................56 4.2.3. Cobertura tipo SDR.................................................................60 4.2.4. Resultados experimentales........................................................62 4.2.5. Características de los desmontes de Itos....................................68 4.2.5.1. Proyecto de confinamiento final de los desmontes de Itos......68 4.2.6. Conclusiones: coberturas para los desmontes de Itos...................70 4.3. Coberturas para los desmontes de San José.....................................71 4.3.1. Antecedentes..........................................................................75

3

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

4.3.2. Coberturas con arcilla.............................................................75 4.3.2.1. Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas

de las muestras................................................................78 4.3.3. Resultados experimentales....................................................80 4.3.4. Optimización de las coberturas con arcilla................................86 4.3.4.1. Columna de optimización nº 1 (arcilla: cuatro capas,

altura 50 cm) ................................................................86 4.3.4.2. Columna de optimización nº 2 (arcilla: cuatro capas,

altura 40 cm)...................................................................81 4.3.4.3. Columna de optimización nº 3 (arcilla: cuatro capas,

altura 60 cm)...................................................................94 4.3.4.4. Columna de optimización nº 4 (arcilla: tres capas,

altura 50 cm)...................................................................99 4.3.4.5. Columna de optimización nº 5 (arcilla: tres capas,

altura 50 cm).................................................................103 4.3.4.6. Columna de optimización nº 6 (grava arcillosa:

tres capas, altura 50 cm)................................................107 4.3.5. Conclusiones: coberturas con arcilla.......................................110 5. COBERTURAS HARD PAN...............................................................................................113 5.1. Fundamentos..............................................................................113 5.2. Antecedentes..............................................................................114 5.3. Procedimiento experimental.........................................................116 5.4. Cobertura suelo-cemento.............................................................120 5.5. Cobertura suelo-cal.....................................................................125 5.6. Cobertura de comparación SDR...................................................128 5.7. Conclusiones: coberturas tipo hard pan.........................................133 6. COBERTURAS LATERALES (PARA PENDIENTES)................................................................135 6.1. Impacto de la pendiente..............................................................135 6.2. Cobertura con sistema de andenes, tipo Machu Picchu...................136 6.3. Cobertura lateral SDR.................................................................145 6.4. Cobertura lateral con geogrillas...................................................147 6.5. Cobertura lateral con arcilla........................................................147 6.6. Longitud efectiva de la barrera capilar en cobertura lateral.............159 6.6.1. Sistemas de coberturas en superficies inclinadas......................159 6.6.2. Diseño y dimensionamiento....................................................160 6.6.3. Cálculo de la longitud efectiva de barrera capilar....................164 6.6.4. Conclusiones: coberturas laterales..........................................166 6.7. Coberturas inclinadas con hard pan.............................................167 6.7.1. Cobertura inclinada con hard pan de suelo-cemento.................167 6.7.2. Cobertura inclinada con hard pan de suelo-cal........................170

4

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

7. OTROS ESTUDIOS SOBRE LAS PROPIEDADES DE LAS COBERTURAS..................................175 7.1. Determinación de propiedades mecánicas de los suelos seleccionados....................................................175 7.2. Coberturas de techo de restauraciones en Santa Ana de Chocaya y Telamayu..............................................................175 7.2.1. Cobertura de techo de Telamayu............................................177 7.2.2. Cobertura de techo de Santa Ana de Chocaya........................179 7.3. Control de eficiencia de las coberturas y monitoreo a largo plazo...........................................................181 8. LABORES COMPLEMENTARIAS PARA LA RESTAURACIÓN DE DESMONTES.........................185 9. CONCLUSIONES GENERALES..........................................................................................189 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................191 GLOSARIO ...................................................................................................................193

5

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Índice de Fotografías FOTOGRAFÍA 1. Colas de Frankeita: Sector Norte de San José, Oruro-Bolivia FOTOGRAFÍA 2. DAR generado por las Colas de Frankeita en el sector Norte de San José, Oruro-Bolivia FOTOGRAFÍA 3. Celdas de Terreno instaladas en la ciudadela universitaria de UTO FOTOGRAFÍA 4. Bancos de suelos Frankeita, próximos a las colas FOTOGRAFÍA 5. Socavamiento del dique de colas por escorrentías superficiales FOTOGRAFÍA 6. Bancos de suelos, sector cancha de fútbol, Itos FOTOGRAFÍA 7. Bancos de suelos, sector frente a BAREMSA FOTOGRAFÍA 8. Vista aérea de los desmontes de Itos FOTOGRAFÍA 9. Otra vista parcial del tajo FOTOGRAFIA 10. Vista de la ciudad de Oruro desde el tajo FOTOGRAFÍA 11. Personal técnico durante la visita al tajo FOTOGRAFÍA 12. Preparado y perfilado de taludes en los desmontes del Centro Minero San José, COMIBOL FOTOGRAFÍA 13. Perfilado de taludes en los desmontes del Centro Minero San José, COMIBOL FOTOGRAFÍA 14. Aglomerados compactados y formados naturalmente, Centro Minero San José, COMIBOL FOTOGRAFÍA 15. Aglomerados no compactados, formados naturalmente, Centro Minero San José, COMIBOL FOTOGRAFÍA 16. Aglomerados formados naturalmente en los desmontes del Centro Minero de San José, COMIBOL FOTOGRAFÍA 17. (A) y (B): Equipo usado para determinar la cantidad necesaria de agua

para las mezclas de suelo-cemento-agua y de suelo-cal-agua.

FOTOGRAFÍA 18. Armado y ubicación de los instrumentos de control en columnas experimentales:

(A) nivel inferior, (B) nivel intermedio.

FOTOGRAFÍA 19. Parte final de la compactación: (A) suelo-cemento,(B) suelo-cal FOTOGRAFÍA 20. Celdas de columnas con coberturas de suelo-cemento y suelo-cal, en proceso de curado FOTOGRAFÍA 21. Cobertura de andenes o terrazas con mampostería de piedra,

el andén inferior forma la plataforma Nº 1 FOTOGRAFÍA 22. Terrazas en la fase de riego FOTOGRAFÍA 23. Riego de las terrazas, bajo la supervisión del personal técnico de UTO FOTOGRAFÍA 24. Riego de la terraza inferior FOTOGRAFÍA 25. Geoceldas y geogrillas para proteger taludes y reforestar pendientes FOTOGRAFÍA 26. Preparación de la primera capa de cobertura: grava fina + arcilla FOTOGRAFÍA 27. Instalación de los instrumentos de medición en la capa de grava fina de la base FOTOGRAFÍA 28. Canaleta concluida: se procede al riego que simula la precipitación de máxima intensidad FOTOGRAFÍA 29. Detalle del vertedero en la desembocadura inferior para recibir las escorrentías FOTOGRAFÍA 30. Vista lateral de la canaleta y riego de la misma FOTOGRAFÍA 31. Mediciones de control en la canaleta con instrumentos colocados en diferentes niveles y sectores FOTOGRAFÍA 32. Canaleta inclinada y columnas de experimentación: se efectúa control instrumental FOTOGRAFÍA 33. (A) Calicata de muestreo de suelos ácidos y (B) Boca Mina al pie del Desmonte San José

40 40 44 51 55 55 56 68 68 69 69 72 72 73 73 74 116

FOTOGRAFÍA 34. Neutralización de suelos ácidos por dispersión de cal en Poopó-Sinchi Wayra FOTOGRAFÍA 35. Barrera reactiva para la neutralización de DAR de escorrentía superficial moderada

187 187

6

117 117 118 137 137 138 138 147 151 151 152 152 153 153 154 186

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Índice de Figuras FIGURA 1.

FIGURA 2.

FIGURA 3.A.

FIGURA 3.B. FIGURA 4.

FIGURA 5.

FIGURA 6.

FIGURA 7.

FIGURA 8.

FIGURA 9.

FIGURA 10.

FIGURA 11.

FIGURA 12.

FIGURA 13.

FIGURA 14.

FIGURA 15.

FIGURA 16.

FIGURA 17.

FIGURA 18.

FIGURA 19.

FIGURA 20.

FIGURA 21.

FIGURA 22.

FIGURA 23.

FIGURA 24.

FIGURA 25.

FIGURA 26.

FIGURA 27.

FIGURA 28.A.

FIGURA 28.B. FIGURA 29.

FIGURA 30.

FIGURA 31.

FIGURA 32.

FIGURA 33.

FIGURA 34.

FIGURA 35.

FIGURA 36.

FIGURA 37.

FIGURA 38.

FIGURA 39.

FIGURA 40.

FIGURA 41.

FIGURA 42.

Esquema de una cobertura del tipo SDR 41 Celdas experimentales de columnas para las coberturas de Frankeita 42 Celda de terreno 2, preparado para la colocación de la geomembrana, las capas de terreno y los instrumentos de control, vista en corte (coberturas Frankeita) 43 Detalles de la celda de terreno 2, vista en planta (coberturas Frankeita) 43 Precipitación pluvial natural durante la experimentación en celdas de terreno, cobertura Frankeita 45 Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 1, bajo condiciones de lluvia natural 45 Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 2, bajo condiciones de lluvia natural 46 Precipitación anual en Oruro en un período de 55 años (SENAMHI) 46 Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 2, bajo condiciones de lluvia máxima 48 Análisis granulométrico de las tres muestras elegidas para las pruebas en columna y en celdas de terreno 49 Análisis granulométrico de la muestra de grava fina 50 Diseño de la cobertura SDR para el dique de colas de Frankeita 54 Análisis granulométrico de la muestra, sector cancha de fútbol, Itos 57 Curva de succión-retención de agua de la muestra cancha de fútbol, Itos 57 Análisis granulométrico de la muestra sector frente a BAREMSA 58 Curva de succión-retención de agua de la muestra sector frente a BAREMSA 59 Análisis granulométrico de la muestra grava fina 60 Curva de succión-retención de agua de la muestra grava fina 60 Esquema de armado de las dos columnas con suelos del sector de la cancha de fútbol, 60 Itos y del sector frente a BAREMSA Precipitación pluvial para la cobertura SDR, dos columnas, Itos 62 Perfil de humedad en celda de columna para coberturas de Itos 63 (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos) Perfil de succión en celda de columna para coberturas de Itos 63 (con suelo del sector de la cancha de futbol, Itos) Perfil de humedad en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector frente a BAREMSA) 64 Perfil de succión en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector frente a BAREMSA) 64 Perfil de humedad en la celda de columna para la cobertura Itos, 66 (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos) Perfil de Succión en la celda de columna para la cobertura Itos, 66 (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos) Sugerencia de instalación de cobertura SDR para los desmontes de Itos 69 Perfil longitudinal de la disposición de desmontes en la cima del tajo de Veta Grande 70 Esquema de la disposición y espesores de suelos: 74 pruebas preliminares de coberturas para los desmontes de San José Esquema de la columna preparada con arcilla como cobertura principal 77 Análisis granulométrico de las arcillas Iroco 78 Curva de retención de humedad (WRC) de las arcillas Iroco 79 Análisis granulométrico de la grava fina provista por COMIBOL 79 Diagrama de retención de humedad WRC para la grava fina COMIBOL 80 Perfil de humedad en celda de columna con arcilla, para coberturas en San José 81 Perfil de succión en celda de columna con arcilla para coberturas en San José 82 Carga de agua para la columna con arcilla 82 Perfil de humedad en la celda de columna con arcilla para la cobertura de los desmontes de San José 84 Perfil de Succión en la celda de columna con arcilla para la cobertura de los desmontes de San Jos 84 Configuración de celdas de columna 1 y 2 para optimizar la cobertura con arcilla, desmontes de San José 87 Registro de carga de agua a las dos celdas de columna que simula un período de mucha lluvia 88 Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 1 88 Perfil de succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 1 89 Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 1 90

7

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FIGURA 43.

FIGURA 44.

FIGURA 45.

FIGURA 46.

FIGURA 47.

FIGURA 48.

FIGURA 49.

FIGURA 50.

FIGURA 51.

FIGURA 52.

FIGURA 53.

FIGURA 54.

FIGURA 55.

FIGURA 56.

FIGURA 57.

FIGURA 58.

FIGURA 59.

FIGURA 60.

FIGURA 61.

FIGURA 62.

FIGURA 63.

FIGURA 64.

FIGURA 65.

FIGURA 66.

FIGURA 67.

FIGURA 68.

FIGURA 69.

FIGURA 70.

FIGURA 71.

FIGURA 72.

FIGURA 73.

FIGURA 74.

FIGURA 75.

FIGURA 76.

FIGURA 77.

FIGURA 78.

FIGURA 79.

FIGURA 80.

FIGURA 81.

FIGURA 82.

FIGURA 83.

FIGURA 84.

FIGURA 85.

FIGURA 86.

FIGURA 87.

FIGURA 88.

FIGURA 89.

FIGURA 90.

FIGURA 91.

FIGURA 92.

FIGURA 93.

FIGURA 94.

FIGURA 95.

8

Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 1 Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 2 Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 2 Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 2 Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 2 Configuración de celdas de columna 3 y 4 para la optimización de la cobertura con arcilla Registro de carga de agua a las celdas de columna que simula Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, columna de optimización Nº 3 Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 3 Perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 3 Perfil vertical de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 3 Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 4 Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 4 Perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 4 Perfil vertical de succión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 4 Configuración de celdas de columna 5 y 6 para la optimización de la cobertura con arcilla Control precipitación pluvial para las columnas 5 y 6 Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 5 Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 5 Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 5 Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 5 Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 6 Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 6 Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 6 Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura en la celda de optimización Nº 6 Configuración de la celda suelo-cemento y la de suelo-cal, desmontes de Santa Fe, Itos o San José Detalle de construcción de las columnas suelo-cemento y suelo-cal Control de precipitación pluvial para tres columnas: suelo-cemento, suelo-cal y columna SDR Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna con suelo-cemento Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de columna suelo-cemento Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cemento Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cemento Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna con suelo-cal Perfil de presión/succión en función del tiempo de Experimentación, celda de columna suelo-cal Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cal Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cal Configuración de la celda de control con cobertura tipo SDR para los desmontes de San José Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna tipo SDR Perfil de presión/succión en función del tiempo de Experimentación, celda de columna tipo SDR Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura tipo SDR Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura SDR Diseño de la cobertura con andenes e instalación de instrumentos Construcción de andenes del modelo Macchu Picchu Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 1 Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 1 Curva de retención de humedad (WRC) de las capas de tierra fina y de grava, terraza Nº 1 Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 2 Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 2 Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 3 Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 3 Curva de retención de humedad (WRC) de las capas de tierra fina y de grava, terraza Nº 3 Diseño de la cobertura lateral SDR para colas y desmontes Esquema de cobertura con efecto C.E.B.C.: taludes laterales de los desmontes de San José

90 92 92 93 94 95 96 96 97 98 98 100 101 101 102 103 104 105 105 106 106 108 108 109 110 118 119 119 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 130 132 133 140 140 141 141 142 142 143 143 144 144 146 148

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FIGURA 96.

Esquema de construcción, dimensiones y ubicación de los instrumentos de medición:

canaleta inclinada para simular la pendiente de una cobertura lateral FIGURA 97.

Control de precipitación pluvial para la canaleta FIGURA 98.

Perfil longitudinal de humedad en todos los niveles FIGURA 99.A. Perfil longitudinal de humedad en los niveles superiores B y D, según tiempo de experimentación FIGURA 99.B. Perfil longitudinal de humedad en los niveles inferiores A, C y E, según tiempo de experimentación FIGURA 100. Perfil longitudinal de succión en todos los niveles FIGURA 101.A. Perfil longitudinal de succión en los niveles superiores B y D, según tiempo de experimentación FIGURA 101.B. Perfil longitudinal de succión en los niveles inferiores A, C y E, según tiempo de experimentación FIGURA 102. Perfil de humedad por tramos, en función de la altura de la cobertura lateral: FIGURA 103. Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 3 FIGURA 104. Función de conductividad hidráulica para material de granulometría gruesa y fina

utilizada en el ejemplo de cálculo de la longitud de desviación de la barrera capilar.

FIGURA 105. Control de precipitación pluvial artificial durante la experimentación, octubre-noviembre 2010 FIGURA 106. Esquema del montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada

para simular la cobertura inclinada con hard pan de suelo-cemento FIGURA 107. Control de humedad, en todos los niveles, cobertura lateral, tipo hard pan, de suelo-cemento FIGURA 108. Control succión, en todos los niveles, cobertura latera, tipo hard pan, suelo-cemento FIGURA 109. Comparación de registros de humedad en cobertura inclinada con y sin capa de

hard pan de suelo-cemento FIGURA 110. Control de precipitación pluvial artificial y natural durante la experimentación FIGURA 111. Esquema del montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada

para simular la cobertura lateral inclinada con hard pan de suelo-cal FIGURA 112. Control de humedad en la cobertura lateral tipo hard pan de suelo-cal FIGURA 113. Control de succión en la cobertura lateral tipo hard pan de suelo-cal FIGURA 114. Comparación de registros de humedad en cobertura inclinada con y sin capa de hard pan de suelo-cal FIGURA 115. Esquemas de configuración de coberturas de techo de las restauraciones de

Santa Ana de Chocaya y Telamayu (según especificaciones de COMIBOL) FIGURA 116. Control de precipitación pluvial durante la experimentación,

primero con lluvia artificial y luego con natural FIGURA 117. Control de humedad en la columna-cobertura de Telamayu FIGURA 118. Control de succión en la columna-cobertura de Telamayu FIGURA 119. Control de Humedad en la columna-cobertura de Santa Ana de Chocaya FIGURA 120. Control de la succión en la columna-cobertura de Santa Ana de Chocaya FIGURA 121. Monitoreo de largo plazo en las celdas de terreno Nº 1 y 2

de la cobertura SDR para el dique de colas Frankeita FIGURA 103. Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 3

150 154 155 155 156 156 157 157 158 160 164 167 168 168 169 170 171 171 172 172 173 176 177 178 178 180 180 182 158

9

Índice de Tablas TABLA 1 TABLA 2.

TABLA 3.

TABLA 4.

TABLA 5.

TABLA 6.

TABLA 7.

TABLA 8.

TABLA 9.

TABLA 10.

TABLA 11.

TABLA 12.

TABLA 13.

TABLA 14.

TABLA 15.

TABLA 16.

10

Lluvia máxima en 24 horas (mm), registro del SENAMHI para Oruro Suelos utilizados para el relleno de las columnas Resumen general de costos para restaurar el dique de colas Frankeita Resumen de los costos de la cobertura Resumen de los costos del canal perimetral Resumen de los costos del muro perimetral de contención Parámetros de la muestra suelo de la cancha de fútbol, Itos Parámetros de la muestra suelo de la cancha de Itos Parámetros de la muestra suelo de las arcillas Iroco Parámetros de la muestra suelo de la grava fina, COMIBOL Cantidades de cemento requeridas según el tipo de suelo Descargas laterales en celdas experimentales de la serie hard pan, equivalentes a escorrentía lateral Resultados del cálculo de (L), perfil de diseño (1): tajo de Veta Grande Resultados del cálculo de (L), perfil de diseño (1) Resultados del cálculo de Nº de canales de drenaje: tajo de Veta Grande Acidez en pasta y demanda de cal para neutralización de los suelos de San José

47 49 52 52 53 53 58 59 79 80 115 121 164 165 166 186

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestro profundo agradecimiento a COMIBOL y a DIMA, en las personas de sus altos ejecutivos, ingenieros Héctor Arandia y Jhonny Victoria por haber concretado el convenio UTO-COMIBOL y por habernos conferido la oportunidad de realizar este estudio sobre coberturas para clima semiárido.

Igualmente, nuestro reconocimiento a los ingenieros Wilson Loza, Carlos Dorado, Lourdes Padilla y Alberto Paniagua por sus contribuciones técnicas y seguimiento constante al proyecto.

Asimismo deseamos agradecer la colaboración de los técnicos del laboratorio de concentración de minerales de la Carrera de Metalurgia, señores Celestino Mamani Ramos, Francisco Sánchez Canaviri, Rolando Cachaca Canasa. También al ingeniero Crisólogo Alcalá, jefe del laboratorio de suelos de Ingeniería Civil, a los Jefes de las estaciones meteorológicas de Ingeniería Civil e Ingeniería Mecánica de la Facultad Nacional de Ingeniería-UTO por sus servicios e información muy oportuna y necesaria para complementar este estudio.

11

RESUMEN TÉCNICO

La Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) y la Universidad Técnica de Oruro (UTO) ejecutaron un convenio de cooperación interinstitucional para apoyar los proyectos de mitigación ambiental que tiene la COMIBOL, inscritos y en pleno desarrollo dentro del Plan Operativo Anual de la Dirección de Medio ambiente (DIMA). Para lograr ello UTO debía aportar con las capacidades y experiencias alcanzadas en el diseño y experimentación de coberturas especiales para las condiciones climáticas de Oruro.

Dentro del POA de DIMA-COMIBOL, se contempló elaborar a nivel de diseño final dos proyectos de mitigación ambiental en los pasivos minero-metalúrgicos de Itos, Frankeita y San José de la ciudad de Oruro con el objeto de mitigar los siguientes impactos ambientales negativos: • Contaminación de suelos y cursos de agua por generación de drenaje ácido de mina (copajira) en desmontes y diques de colas, debido principalmente a la reacción, agua - oxígeno - sulfuros.

• Contaminación atmosférica por transporte eólico de las partículas de tamaño reducido (polvo) a la atmósfera.

13

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Problemas sociales con los vecinos de las zonas aledañas, por la presencia de estos pasivos dentro el área urbana.

En este contexto, las partes firmaron un convenio para realizar un estudio integral. Éste debía contemplar las fases de experimentación, diseño, monitoreo y simulación de diferentes sistemas de coberturas, técnica y económicamente viables, que evitaran la generación de agua ácida y representaran el menor costo constructivo posible.

Este estudio inicialmente debía ser realizado específicamente para los pasivos minero-metalúrgicos de Itos y Frankeita, permitiendo así su incorporación al diseño final de obras y su posterior construcción en los proyectos de mitigación ambiental que desarrollara la COMIBOL en estos sectores. Sin embargo, ya en el desarrollo del convenio, técnicos de DIMA solicitaron a UTO incluir prioritariamente los proyectos de coberturas para los desmontes de San José y estudiar las coberturas de tipo hard pan para San José, Santa Fe y Morococala, y también para los desmontes de Santa Ana de Chocaya y Telamayu.

La Universidad Técnica de Oruro se enfocó a efectuar los siguientes trabajos: 1. Estudio y análisis de sistemas de cobertura multicapas (de suelos) y/o sistemas de capas de coberturas no convencionales, por ejemplo coberturas tipo hard pan de suelo-cal y suelo-cemento.

2. Determinación de las propiedades físico-mecánicas e hidráulicas de los materiales componentes del sistema de cobertura que estuvieran disponibles en el área y que se usarían para la restauración de los pasivos de Itos, Frankeita y San José.

3. Ubicación de bancos de préstamo para el sistema de cobertura encontrado, que cumplieran los atributos de adecuada distancia y cantidad suficiente para su explotación y construcción correspondiente.

14

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

4. Elaboración del cálculo presupuestario correspondiente a fin de introducir los costos al diseño final de mitigación ambiental de los pasivos de Frankeita.

5. Experimentación del sistema de cobertura lateral sobre la base de criterios de estabilidad, costos y eficiencia.

En función al alcance de estas labores, se ejecutó el siguiente plan de trabajo para los pasivos ambientales de Frankeita e Itos, en el marco del Convenio de Coberturas: a) Estudio de las propiedades de las siguientes coberturas de techo: • Cobertura multicapa SDR para clima semiárido.

• Coberturas tipo hard pan no convencionales: con capas de mezclas de cal o cemento, con suelos de cobertura, seleccionadas por COMIBOL. • Cobertura de doble capa: arcilla y suelo cuaternario, utilizada por COMIBOL en restauraciones anteriores. b) Estudio de propiedades de las siguientes coberturas laterales: • Cobertura multicapa SDR en ángulo de inclinación de estabilidad, definida por COMIBOL. • Cobertura tipo hard pan de capa endurecida con cal o cemento.

• Cobertura estabilizadora por terrazas (tipo Machu Picchu adaptado, con efecto de barrera capilar).

Los resultados logrados en el presente trabajo se detallan a continuación:

COBERTURAS DEL TIPO SDR: La cobertura tipo SDR, probada bajo condiciones climatológicas semiáridas, bajo condiciones de lluvia natural y bajo lluvia máxima de 24 horas, ha demostrado tener las propiedades hidráulicas adecuadas.

15

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Impide el ingreso de agua hacia los residuos sulfurosos oxidados que existen en el dique de colas Frankeita y de ese modo evitar que se forme drenaje ácido de roca (DAR).

El suelo denominado Frankeita, que es un banco de suelo cuaternario existente en las cercanías y colindante al dique de colas Frankeita, tiene las propiedades y el volumen suficientes para ser usado como parte de la cobertura tipo SDR en pos de la restauración del dique de colas Frankeita. El modelamiento matemático de la cobertura con SOIL COVER y los resultados experimentales, tanto de celda de columna como de celdas de terreno, muestran claramente que una cobertura tipo SDR es adecuada para proteger las colas de Frankeita.

Cobertura de suelo

50 cm

“a” cm “b” cm

Cobertura de arena

25 cm

Soporte de la pendiente

RESIDUO MINERAL “c” cm

FIGURA 11. Diseño de la cobertura SDR para el dique de Colas Frankeita.

A partir del comportamiento de la celda de terreno Nº 2 (ver figura 3B, pág. 39) y a fin de reducir el espesor de la cobertura SDR, se sugiere, para las colas de Frankeita, el perfil de cobertura que se muestra en la figura 11.

Para la cara lateral del dique de colas se recomienda que el espesor de la cobertura de suelo cuaternario tenga forma de cuña, con la parte más gruesa 1 Las figuras y fotografías que aparecen en este resumen técnico no tienen una numeración ordenada 1,2,3, etc., porque más bien repiten la numeración que aparece en el texto central.

16

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

en la base, a fin de evitar la sobresaturación de esa capa por efecto del descenso de humedad bajo la acción de la gravedad. Los espesores que se recomiendan, siguiendo el croquis de la anterior figura, son los siguientes (considerando que el dique de Frankeita es de pequeña altura):

“a” = 40 cm, “b” = 45 cm, “c” = 60 cm Para proteger la cobertura, deben diseñarse y construirse zanjas perimetrales de derivación de escorrentías superficiales que actualmente bajan de los cerros y socavan este dique de colas (fotografía 5). También deben construirse gaviones o muros de mampostería de piedra para proteger el desmonte contra la pequeña quebrada que igualmente está socavándolo y llevando contaminación a los acuíferos superficiales y subterráneos de la zona.

FOTOGRAFÍA 5. Socavamiento del dique de colas por escorrentías superficiales.

COBERTURAS PARA ITOS Para diseñar un modelo de coberturas y cubrir los desmontes de Itos en el nuevo emplazamiento proyectado por COMIBOL, en los rajos a cielo abierto de la Veta Grande, primeramente fue necesario buscar bancos de suelos que contengan material con propiedades hidráulicas adecuadas y volúmenes suficientes.

17

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Los suelos denominados Cancha Itos y BAREMSA, según este informe, tienen propiedades hidráulicas adecuadas para conformar la capa de una cobertura SDR destinada a restaurar los desmontes de Itos. La cobertura SDR debe estar conformada por una capa de suelo (Cancha Itos y/o BAREMSA) y otra de grava fina o colas de jig para establecer el efecto de barrera capilar que impida el ingreso de agua hacia los desmontes. Se sugiere que la capa de suelo tenga un espesor de 50 cm y la de grava fina o colas de jig, 30 cm.

Como el área de Itos está siendo afectada por una urbanización aparentemente desordenada, COMIBOL debe coordinar con la H. Alcaldía de Oruro para preservar un área donde actualmente está el mayor desmonte (cercano a la cancha de fútbol) para confinar allí todos los desmontes más pequeños. También debe evitar que los suelos recomendados como cobertura sean utilizados con otro fin o que se asienten construcciones urbanas encima de ellos, lo cual impida su utilización futura como material de cobertura.

Finalmente, este esquema funciona y debería experimentarse en celda de terreno IN SITU. Luego se procedería a la implementación final en el lugar de confinamiento para los desmontes de ITOS, diseñando las cunetas de drenaje y los canales de desagüe según el modelamiento de las coberturas inclinadas de cada sector.

A partir del proyecto de confinamiento de los desmontes de Itos en el tajo abierto de la Veta Grande se realizó la simulación y dimensionamiento de los diferentes tramos inclinados que conforman la cobertura tipo SDR. Se determinó así la longitud efectiva de la barrera capilar y la longitud inclinada máxima de cada tramo de talud. Sin embargo, como el proyecto quedó temporalmente suspendido por COMIBOL, no se realizó el análisis de costos.

18

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

COBERTURAS PARA SAN JOSÉ Este trabajo fue adicionado a solicitud de los técnicos de DIMA, que, por cierto, prolongó el tiempo de experimentación hasta la primera quincena de agosto de 2010. No se usó la técnica de las coberturas SDR por razones de costos. Al presente, COMIBOL está concluyendo la conformación de banquinas, perfilado de taludes y nivelado de plataformas en los desmontes de San José.

Para restaurar los desmontes de San José se probaron siete diseños de coberturas de efecto de barrera capilar, donde al menos una de las capas estuviera conformada por arcilla. Por eso se denominó a esta serie de pruebas “coberturas con arcilla”.

La primera columna experimentada fue denominada columna base: incluía el uso de suelo cuaternario y tenía una altura total de 85 cm. A pesar de su buen comportamiento hidráulico, ella fue desechada por no existir suficiente suelo cuaternario en el área de San José y por el alto costo que significaba colocar 85 cm de espesor de cobertura. De las seis columnas de optimización experimentadas, la que mostró mejor comportamiento hidráulico fue la 5 que incluía en su diseño una mejor resistencia a las erosiones eólica e hídrica.

Para el buen funcionamiento de la columna 5 es necesario mantener el espesor de las capas y principalmente la de arcilla en 20 centímetros como mínimo y también la altura total de la cobertura de techo con un espesor de 50 centímetros. El siguiente esquema de la figura 58 nos muestra eso:

19

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

20 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

50 cm

ARCILLA

15 cm

5 cm

5 cm

5 cm

SULFUROS

FIGURA 58. Esquema de la columna 5.

No es recomendable utilizar, para instalar las coberturas de arcilla, materiales distintos a los probados físicamente en laboratorio, después de su simulación mediante modelos. El riesgo es que aun poseyendo características parecidas tengan comportamientos hidráulicos no adecuados, como fue el caso de la columna 6.

El diseño de la cobertura 5 (columna 5) protegerá los desmontes de San José contra la infiltración de agua para evitar la formación de DAR, pero no impedirá el ingreso de oxígeno porque no se mantendrá la saturación necesaria en la capa de arcilla para impedir la difusión de oxígeno a través de la cobertura. Esta cobertura protegerá contra la propagación de partículas finas mineralizadas por acción del viento y reducirá el olor acre-sulfuroso de los desmontes.

Debido a la premura de tiempo y a la falta de sensores para continuar con los controles de humedad y succión, no se controlaron las celdas experimentales hasta la etapa de evaporación de la humedad para eva-

20

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

luar la capacidad de descarga de las columnas. Tampoco se realizaron los test de humedad-sequedad y de hielo-deshielo de las muestras de arcilla, por lo cual se recomienda no utilizar arcillas distintas a las probadas experimentalmente.

COBERTURAS TIPO HARD PAN Técnicos de COMIBOL reportaron que en las restauraciones de diques de colas que realizaron en Santa Ana de Chocaya, mejoraron las propiedades físicas de la cobertura en las pendientes laterales, añadiendo aglutinantes al suelo. Por este antecedente, en coordinación con los ingenieros Carlos Dorado, Lourdes Padilla y Wilson Loza, se decidió realizar pruebas de coberturas de techo del tipo hard pan con suelocemento y suelo-cal.

Las coberturas estudiadas de tres capas, cuyas capas superiores estaban conformadas por mezclas de suelo-cemento y de suelo-cal mostraron un efecto hard pan (costra dura): resistente a la erosión eólica e hídrica y favorable para la estabilidad física de las coberturas. Ambas capas duras también favorecían la escorrentía lateral hasta en un 61% de la precipitación máxima de 24 horas, disminuyendo la cantidad de humedad que ingresaba a los niveles inferiores de la cobertura.

Las capas de suelo-cemento y de suelo-cal conformaron efecto de barrera capilar con la siguiente capa subyacente, por lo cual redujeron y a veces impidieron el ingreso de humedad a las capas inferiores. No se optimizó la cantidad de aglomerante (cemento o cal) para obtener una capa hard pan suficientemente resistente a la erosión eólica e hídrica: solamente se probó una mezcla de suelo - aglomerante de 10%, recomendada por la literatura para suelos de granulometría próxima al tipo de suelo empleado (Itos).

Una capa sola de hard pan del tipo y composición estudiados (suelocemento y suelo-cal) no impide el ingreso de humedad hacia los residuos o desmontes sulfurosos que se desean proteger. Es necesario colocar

21

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

una cobertura de tres capas, con efecto de barrera capilar. La capa inferior conformada de grano grueso (grava fina, arena gruesa o colas de jigs no sulfurosas); la segunda, con suelo cuaternario, limo arcilloso parecido al de Itos o Frankeita; y la tercera, de hard pan como techo de la cobertura. Los espesores mínimos para estas capas son detallados en la figura 68.

SUELO + CEMENTO

SUELO + CAL

20 cm

SUELO CANCHA ITOS

20 cm

GRAVA FINA

20 cm

20 cm

5 cm 20 cm

5 cm

60 cm

SUELO CANCHA ITOS

60 cm

5 cm

5 cm

GRAVA FINA

20 cm 5 cm

5 cm

SULFUROS

SULFUROS

COLUMNA SUELO - CEMENTO

COLUMNA SUELO - CAL Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

FIGURA 68. Esquemas de configuración de las celdas suelo-cemento y suelo-cal para los desmontes de Santa Fe, Itos y San José.

La ventaja de una cobertura con capa hard pan de suelo-cemento o suelo-cal, del tipo estudiado y bajo las condiciones experimentales probadas, radica en que mejora la resistencia a la erosión de la cobertura y favorece la escorrentía lateral.

La desventaja es el costo que significaría la cantidad necesaria de cemento o cal para formar la capa de hard pan.

22

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

No se ha estudiado la influencia del espesor de la capa hard pan, pero se observó que no sería recomendable utilizar espesores menores a los 20 cm.

COBERTURAS LATERALES Se han estudiado dos casos de cobertura lateral para dar protección a los taludes de los desmontes: • Cobertura con el sistema de andenes o terrazas.

• Cobertura inclinada del tipo SDR. Es factible construir el sistema de andenes o terrazas, colocando en cada plataforma una cobertura del tipo SDR para proteger los laterales del dique de colas de Frankeita. Este diseño tiene la ventaja de no requerir la corrección del talud natural del dique, (fotografía 21).

FOTOGRAFÍA 21. Cobertura en andenes o terrazas con mampostería de piedra. El andén inferior forma la plataforma Nº 1.

Los materiales de la cobertura SDR en andenes o terrazas mostraron una buena barrera capilar que impedía el ingreso de humedad hacia la base de la cobertura. Este tipo de cobertura resultaba apropiado para

23

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

evitar o al menos limitar la erosión hídrica por efecto de lluvias máximas o normales. Puede constituirse en una forma de restauración lateral para desmontes o diques de colas de poca altura.

También se estudiaron coberturas inclinadas de diferentes perfiles en celdas experimentales, especialmente construidas para ese fin.

COBERTURA LATERAL PARA SAN JOSÉ Para mejorar la estabilidad de la cobertura de San José y su resistencia a la erosión eólica e hídrica, se estudió la cobertura inclinada de tres capas (figura 96), cuya capa superior es una mezcla sintética de grava + arcilla (como en la columna 5).

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

15 cm 20 cm 15 cm

COB GRAV ERTURA A+ ARCIL DE LA COB ERTU R ARCIL A DE LA COB

0.80 m 3.40 m 0.80 m

ERTU

A

0.80 m

B

RA D

E GR

AVA +

ARENA + ARCILLA

ARCIL

LA

C

D

ARENA + ARCILLA

50 cm

E

ARCILLA

(a) Vista lateral de la canaleta

30º

(b) 30 cm Parte de la vista frontal de la canaleta

FIGURA 96. Esquema de la construcción, dimensiones y ubicación de los instrumentos de medición de la canaleta inclinada para simular la pendiente de una cobertura lateral.

La inclinación de 30º fue determinada por COMIBOL para mejorar la estabilidad de los desmontes restaurados con el diseño de banquinas y taludes. Se determinó por simulación, para esta pendiente de 30º, que la longitud efectiva inclinada (L) es de 34,36 metros o que la horizontal

24

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

es de 28,87 metros. Si en alguna parte del desmonte se excede esta dimensión, deben instalarse sistemas de drenaje, por canales o tubería, para evitar el colapso de la cobertura por saturación.

COBERTURAS LATERALES CON HARD PAN DE SUELO-CEMENTO También se realizaron pruebas con coberturas inclinadas con hard pan de suelo-cemento y de suelo-cal para completar los estudios de estos tipos de coberturas que se propusieron para los desmontes de Santa Fe y Morococala. Un esquema de ellas se muestra en la figura 106.

COBERTURA HARD PAN DE SUELO + CEMENTO, 5 cm COBERTURA DE GRAVA + ARCILLA, 10 cm

15 cm

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

0.80 m

20 cm

COB COB

ERTU ARCIL RA DE LA

ERTU

RA D

E GR

AVA +

3.40 m 0.80 m

A

0.80 m

B

ARCIL

LA

C

30 cm

D

ARENA + ARCILLA

E 50 cm

10 cm

ARCILLA

15 cm

ARCILLA + GRAVA

20 cm

SUELO + CEMENTO

30º (a) Vista lateral de la canaleta

(b) Parte de la vista frontal de la canaleta FIGURA 106. Esquema del montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada para simular la cobertura inclinada con hard pan de suelo-cemento.

Esta prueba se ejecutó de octubre a noviembre del 2010, bajo el efecto de una lluvia artificial. Los resultados demuestran que la colocación de la capa de hard pan de suelo-cemento mejora la estabilidad física de la cobertura lateral y favorece la escorrentía lateral superficial, sobre todo al inicio del ciclo de lluvia artificial.

25

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

16 14

Humedad, %

12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50

Tiempo, Días Nivel B s/Hp

Nivel E s/Hp

Nivel B c/Hp

Nivel E c/Hp

FIGURA 109. Comparación de registros de humedad entre coberturas inclinadas con y sin capa de hard pan de suelo cemento.

Todos los sensores registraron niveles de humedad un poco inferiores frente a la cobertura de referencia sin hard pan de las figuras 98 y 102 (A) y (B). Esto es un punto a favor del hard pan de suelo-cemento, y la ventaja relativa queda más clara si se comparan los registros de humedad de los sensores B y E en la figura 109.

COBERTURA LATERAL CON HARD PAN DE SUELO-CAL Esta prueba se ejecutó de noviembre del 2010 a marzo del 2011, bajo el efecto inicial de una lluvia artificial, seguida de un período de lluvia natural.

26

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

COBERTURA HARD PAN DE SUELO + CAL, 5 cm COBERTURA DE GRAVA + ARCILLA, 10 cm 20 cm 15 cm

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

0.80 m

COB ERT ARCI URA DE LLA COB ERTU RA D E GR

3.40 m

A AVA +

30 cm

0.80 m

B ARCI

LLA

C D

E F G

50 cm

10 cm 15 cm

ARCILLA

20 cm

SUELO + CAL ARCILLA + GRAVA

ARCILLA + GRAVA

0.80 m

30º (a) Vista lateral de la canaleta

(b) Parte de la vista frontal de la canaleta FIGURA 111. Montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada para simular la c obertura lateral inclinada con hard pan de suelo-cal.

Los resultados obtenidos durante 165 días de experimentación, bajo las condiciones mixtas de lluvia artificial y natural, difieren significativamente de los obtenidos en el caso de la celda inclinada de la cobertura con arcilla, debido a varios factores climáticos y de conformación de la cobertura.

La cobertura de hard pan de suelo-cal no soportó el efecto de lluvias intensas como las ocurridas en Oruro en febrero y marzo del 2011, ya que el incremento de humedad registrado en todos los sensores fue muy alto. Incluso en el período de lluvia artificial de noviembre/diciembre del 2010, el ingreso de humedad al nivel de los sensores fue mayor que en la celda inclinada con cobertura de hard pan de suelo-cemento.

Los sensores B y E instalados en la capa de grava-arcilla debajo de la capa de hard pan de suelo-cal mostraron que este hard pan no evita el ingreso de humedad a la cobertura incluso en el período de lluvia

27

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

artificial de baja intensidad, lo que significa que no es impermeable. En todos los sensores se registraron niveles de humedad superiores frente a los de la cobertura de referencia sin hard pan, lo que es un punto en contra del hard pan de suelo-cal.

COBERTURAS DE TECHO DE RESTAURACIONES EN TELAMAYU Y SANTA ANA DE CHOCAYA Telamayu Se realizaron pruebas complementarias para evaluar el comportamiento de la cobertura de techo instalada por COMIBOL en la restauración de los desmontes de Telamayu y Santa Ana de Chocaya, empleando los mismos materiales y diseño de coberturas propuestos por los técnicos de tal empresa. Para ello se montaron dos celdas de columna conforme al detalle de la figura siguiente, empleando ripio del Río Chocaya y arcilla del banco de Falsuri, Telamayu.

5 cm

RIPIO (arena)

10 cm

RIPIO (arena)

15 cm

ARCILLA + RIPIO

20 cm

5 cm

ARCILLA + RIPIO 5 cm

35 cm

5 cm 35 cm

5 cm

SUELO + CAL

5 cm

20 cm 5 cm

SULFUROS

SULFUROS

COLUMNA - COBERTURA SANTA ANA DE CHOCAYA

COLUMNA - COBERTURA TELAMAYU Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

FIGURA 115. Configuración de coberturas de techo de las restauraciones de Santa Ana de Chocaya y Telamayu (según especificaciones de COMIBOL).

28

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

El diseño de la cobertura debía dar estabilidad física al desmonte, evitando la propagación de polvo hacia la población civil que circunda al desmonte en Atocha (capa de ripio) y debía evitar la infiltración de agua hacia el desmonte (capa con mezcla de arcilla y ripio). Los resultados alcanzados pueden resumirse de la siguiente manera: La capa superior de ripio se comportó como una capa de infiltración desde el inicio de la prueba hasta el final durante los dos ciclos de lluvia (artificial y natural), ya que la lluvia que ingresaba a la columna percolaba inmediatamente hacia la capa inferior.

La capa con mezcla de arcilla y ripio no funcionó como capa impermeable. Conforme fue acumulando humedad, se fue saturando al punto de que la humedad al nivel del sensor inferior fue mayor al de los otros dos niveles y dejó percolar humedad hacia los sulfuros.

La cobertura de Telamayu, por tanto, lleva a concluir que no proporciona una protección para la estabilidad química, ya que al cargarse de humedad muy rápidamente llega a un estado de continuidad hidráulica sin efecto de barrera capilar que impida el ingreso de humedad hacia los desmontes sulfurosos. Esto se evidencia la figura 118, pues la succión cae a cero debido a la continuidad hidráulica entre las dos capas de la cobertura.

Santa Ana de Chocaya En la cobertura de techo instalada por COMIBOL, al restaurar los desmontes de Santa Ana de Chocaya, se añadió una delgada capa de hard pan para mejorar la estabilidad de la cobertura contra la erosión hídrica La capa de hard pan retardó la penetración de humedad hacia las capas inferiores, posiblemente por incremento de la escorrentía lateral (que no fue controlada en esta serie de pruebas), pero no evitó que estas alcancen humedades muy altas, sobre todo en el período de lluvias intensas de febrero y marzo del 2011.

29

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

La capa de ripio controlada por el sensor del nivel superior no tuvo la capacidad de almacenar agua. Debido a que se disminuyó el espesor de esta capa a sólo 10 cm, toda fracción de humedad que ingresaba pasaba hacia la capa inferior con mayor facilidad que en el caso de la cobertura de Telamayu.

La capa de arcilla más ripio (monitoreada por los sensores de nivel medio e inferior) mantuvo un nivel de humedad alto, casi constante hasta que llegaron los días de lluvia intensa de febrero y marzo del 2011. Con estas intensas lluvias la capa se sobresaturó hasta alcanzar niveles muy altos de humedad, venciendo la barrera que formaba con los residuos sulfurosos del desmonte.

La cobertura de Santa Ana de Chocaya, por tanto, lleva a concluir que no proporciona una protección para la estabilidad química, ya que al cargarse de humedad muy rápidamente se llega a un estado de continuidad hidráulica sin efecto de barrera capilar que impida el ingreso de humedad hacia los desmontes sulfurosos. Esto se evidencia la figura 120 pues la succión cae a cero debido a la continuidad hidráulica entre las tres capas de la cobertura.

CONCLUSIONES De una manera general se pueden inferir las siguientes conclusiones: • En el marco del convenio UTO-COMIBOL se han estudiado varios sistemas y diseños de coberturas para la remediación ambiental de pasivos ambientales, como los desmontes de Itos, San José, Santa Fe, Morococala, los relaves de Frankeita. También se ha evaluado el comportamiento hidráulico de las coberturas instaladas en los desmontes de Telamayu y Santa Ana de Chocaya.

• La restauración debe buscar la estabilidad física, química y ambiental de las estructuras que se programen para su intervención.

30

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• La selección de suelos para conformar las distintas capas de una cobertura debe realizarse no sólo considerando sus propiedades mecánicas, sino, sobre todo, sus propiedades hidráulicas.

• El diseño del tipo de cobertura CEBC, SDR, hard pan u otros debe ser probado y optimizado, y si es necesario, mejorado antes de su instalación definitiva sobre los pasivos.

• No es recomendable minimizar los espesores de las capas de las coberturas a causa de criterios de costos de inversión porque lo más probable es que así esas coberturas no garantizan las estabilidades funcionales primordiales (física, química, ambiental).

• El control de eficiencia y monitoreo a largo plazo de las coberturas que se instalen en los diferentes desmontes y diques de relaves servirá para acumular experiencias y efectuar las mejoras o reparaciones que sean necesarias.

• En sitios donde no haya suficiente disponibilidad de suelos para colocar coberturas secas de suelos, deben evaluarse otras alternativas, como el retratamiento y disposición final bajo condiciones más seguras (desulfuración, etc.)

• Las conclusiones formuladas para cada tipo particular estudiado en este informe son válidas bajo las condiciones climatológicas simuladas y empleando los suelos y diseños de coberturas señalados. Cualquier extrapolación de resultados debe ser previamente verificada por simulación numérica o experimental.

31

1. ANTECEDENTES La Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) y la Universidad Técnica de Oruro (UTO) ejecutaron un convenio de cooperación interinstitucional para apoyar los proyectos de mitigación ambiental que tiene COMIBOL, inscritos y en pleno desarrollo dentro del Plan Operativo Anual de la Dirección de Medio Ambiente (DIMA). Para lograr ello UTO debía aportar con las capacidades y experiencias alcanzadas en el diseño y experimentación de coberturas especiales para las condiciones climáticas de Oruro.

Dentro del POA de DIMA-COMIBOL, se ha contemplado elaborar a nivel de diseño final dos proyectos de mitigación ambiental en los pasivos minero-metalúrgicos de Itos, Frankeita y San José de la ciudad de Oruro a fin de mitigar los siguientes impactos ambientales negativos: • Contaminación de suelos y cursos de agua por generación de drenaje ácido de mina (copajira) en desmontes y diques de colas, debido principalmente a la reacción, agua - oxígeno - sulfuros.

• Contaminación atmosférica por transporte eólico de las partículas de tamaño reducido (polvo) a la atmósfera.

33

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Problemas sociales con los vecinos de las zonas aledañas, por la presencia de estos pasivos dentro el área urbana.

En este contexto, las partes firmaron un convenio para realizar un estudio integral. Éste debía contemplar las fases de experimentación, diseño, monitoreo y simulación de diferentes sistemas de coberturas, técnica y económicamente viables, que evitaran la generación de agua ácida y representaran el menor costo constructivo posible.

Este estudio inicialmente debía ser realizado específicamente para los pasivos minero-metalúrgicos de Itos y Frankeita, permitiendo así su incorporación al diseño final de obras y su posterior construcción en los proyectos de mitigación ambiental que desarrollará COMIBOL en estos sectores. Sin embargo, ya en el desarrollo del convenio, técnicos de la DIMA solicitaron a UTO incluir prioritariamente los proyectos de coberturas para los desmontes de San José y estudiar las coberturas de tipo hard pan para San José, Santa Fe y Morococala, y también para los desmontes de Santa Ana de Chocaya y Telamayu.

34

2. ALCANCE DEL ESTUDIO Y

RESULTADOS ESPERADOS

El estudio a ser realizado por UTO debe efectuar los siguientes trabajos: 1. Estudio y análisis de sistemas de cobertura multicapas (de suelos) y/o sistemas de capas de coberturas no convencionales. Por ejemplo, análisis de procesos de cementación en pasivos minero-metalúrgicos por adición, mezcla y reacción de materiales cementantes, como la cal y el cemento (tipo hard pan).

2. Determinación de las características físicomecánicas de los materiales componentes del sistema de cobertura que estén disponibles en el área. El objetivo es que sean utilizados en la restauración de los pasivos de Itos y Frankeita a fin de posibilitar su réplica en escenarios climáticamente similares. De darse esas réplicas, UTO participará de las mismas para garantizar que las nuevas condiciones sean adecuadas o adaptadas con materiales y diseños de coberturas propios a la tecnología SDR seleccionada.

35

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

3. Ubicación de bancos de préstamo para el sistema de cobertura encontrado, que cumplieran los atributos de adecuada distancia y cantidad suficiente para su explotación y construcción correspondiente.

4. Elaboración del cálculo presupuestario correspondiente a fin de introducir los mismos al diseño final de mitigación ambiental de los pasivos de Frankeita.

5. Experimentación del sistema de cobertura lateral sobre la base de criterios de estabilidad, costos y eficiencia.

36

3. PLAN DE TRABAJO Una reunión técnica de coordinación entre representantes de COMIBOL y UTO acordó ejecutar el siguiente plan de trabajo, en el marco del convenio de coberturas para los pasivos ambientales de Frankeita e Itos: • Estudio de propiedades de las siguientes coberturas de techo: - Cobertura multicapa SDR para clima semiárido.

- Coberturas tipo hard pan no convencionales.

Por ejemplo, análisis de procesos de cementación en pasivos minero-metalúrgicos por adición, mezcla y reacción de materiales cementantes como cal y cemento.

- Cobertura de doble capa: arcilla y suelo cuaternario utilizado por COMIBOL en restauraciones anteriores.

• Estudio de propiedades de las siguientes coberturas laterales: - Cobertura multicapa SDR, en ángulo de inclinación de estabilidad definida por COMIBOL.

37

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

- Cobertura tipo hard pan, por impregnación sobre talud original de los pasivos.

- Cobertura con geogrillas estabilizadoras sobre talud original de los pasivos.

- Cobertura estabilizadora por terrazas (tipo Machu Picchu adaptado, con efecto de barrera capilar).

38

4. PRUEBAS EXPERIMENTALES

CON COBERTURAS DE TECHO

4.1. COBERTURAS PARA LAS COLAS DE FRANKEITA 4.1.1. Antecedentes De los muchos pasivos ambientales que se encuentran en el altiplano boliviano, unos que merecen pronta y urgente atención por sus características de generación de DAR, son las colas sulfurosas denominadas “colas Frankeita”. El análisis químico por metales pesados de dichas colas, expresado en mg/ kg, es el siguiente: As = 230; Cd = 15; Pb = 340; Zn = 890; Cu = 280.

Por lo que, según su muy negativo NNP (potencial neto de neutralización) y su alta contribución de carga de metales pesados al medio ambiente, las colas Frankeita han sido catalogadas como las de “mayor potencial generador de drenajes ácidos”. Por tanto, han sido “priorizadas” para su inmediata remediación en la ciudad de Oruro (Dames & Moore 2000).

La fotografía 1 muestra el lugar de depósito de las colas Frankeita.

39

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 1. Colas de Frankeita: Sector Norte de San José, Oruro-Bolivia.

Los drenajes ácidos de roca que se generan en el sector son perceptibles a simple vista, como patentiza la fotografía 2. La ubicación de estas colas causa que sus escorrentías, cargadas de metales pesados con un pH de 1,25, drenen directamente a la cuenca vertiente del sector y lleguen hasta el Lago Uru Uru (muy cerca de la ciudad de Oruro), que es alimentado por las aguas del Lago Titicaca a través del río Desaguadero,

FOTOGRAFÍA 2. DAR generado por colas y desmontes en San José, Oruro-Bolivia.

Hasta el momento, se han ejecutado tres tipos de estudios para la restauración de los pasivos de Frankeita:

40

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• Coberturas SDR en celda de columna y de terreno.

• Encapsulado con suelo-arcilla.

• Cobertura estabilizadora por terrazas.

4.1.2. Cobertura SDR Sin entrar en detalles técnicos sobre los principios y fundamentos de este tipo de cobertura, se puede señalar que los expertos lo recomiendan para climas semiáridos. Aquí el rol de la cobertura es: favorecer la escorrentía lateral; almacenar la humedad que se infiltra en la capa de suelo fino; bajo el efecto de barrera capilar, impedir que el agua (humedad) acumulada en la capa anterior ingrese en contacto con los residuos sulfurosos, evitando así la formación de DAR. La figura 1 ilustra este comportamiento de la cobertura SDR.

Clima húmedo

H2O

Clima árido

Evaporación Efecto de barrera capilar Material granular de drenaje rápido q disminuye, K disminuye

Material con Sr elevado

Material granular

Objetivo: Tener suficiente capacidad de almacenamiento en el material fino para que no se produzca decantación hacia la capa de arena en los periodos húmedos (lluvia, nevada).

FIGURA 1. Esquema de una cobertura del tipo SDR.

Para conformar una cobertura del tipo SDR se requiere seleccionar adecuadamente los suelos que constituyen las distintas capas de ella. Para lograr esto, se muestrearon diez tipos de suelos finos del área circundante a Oruro, también se tomaron dos muestras de grava, una fina y otra gruesa, de las que se realizaron su análisis granulométricos y se determinaron sus propiedades hidráulicas.

41

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Con el MK-Model se muestrearon y caracterizaron las propiedades de estos suelos y se seleccionaron tres tipos de suelos finos más una grava fina, que ofrecían las condiciones más favorables para ser usados en este tipo de coberturas. Después de determinar sus propiedades físicas e hidráulicas, se realizaron pruebas experimentales en celdas de columna, bajo condiciones de lluvia natural y también extrema.

Con este tipo de cobertura se busca acumular el agua de lluvia (y/o nieve), caída durante la estación húmeda, en una capa fina de la propia cobertura, para luego retornarla a la atmósfera durante el período seco por evapotranspiración. Debajo de la capa fina se coloca una capa gruesa para formar la barrera capilar antes ya descrita y así evitar que el agua acumulada percole hacia el residuo que se protege con esta cobertura.

La figura 2 muestra cuatro celdas de columnas utilizadas para determinar el tipo de suelo más adecuado para construir las celdas de terreno.

PRUEBAS DE LABORATORIO EN COLUMNAS MONTAJE DE INSTRUMENTACIÓN Columna 1

Columna 2

Columna 3

Columna 4

Muestra 4

Muestra 4

Muestra 5

Muestra 6

Frankeita

Frankeita

FNI - 1

FNI - 2

= 0.44

= 0.46

= 0.41

= 0.53

Vista general de la instalación experimental con las columnas FIGURA 2. Celdas experimentales de columnas para las coberturas de Frankeita.

42

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Sensor nivel de agua/humedad de suelo Sensor humedad de suelo

150 cm

150 cm

20 cm 0.50 m

SUELO ELEGIDO

Geomembrana

Grava fina

0.30 m

15 cm 15 cm

FIGURA 3.A. Celda de terreno 2, preparado para la colocación de la geomembrana, las capas de terreno y los instrumentos de control, vista en corte (coberturas Frankeita).

5m

5m

FIGURA 3.B. Detalles de la celda de terreno N˚ 2, vista en planta (coberturas Frankeita).

Luego de las pruebas en celdas de columnas y conocido el tipo de suelo más adecuado para la experimentación, se realizaron pruebas a mayor escala en dos celdas de terreno bajo condiciones de lluvia

43

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

natural y lluvia extrema. La figura 3 y la fotografía 3 muestran detalles constructivos de estas celdas con cobertura del tipo SDR. Se instalaron dos celdas de terreno con las mismas dimensiones, salvo en la altura del suelo seleccionado: la primera tenía una altura de 80 cm y la segunda, 50 cm. Se colocaron los instrumentos de medición de humedad y succión en cuatro niveles de la celda 1 y tres de la celda 2.

La figura 3 muestra que el instrumento de color rojo mide la humedad de la cobertura en ese punto y el azul, la succión (presión negativa) en el mismo punto.

La celda de terreno o cobertura SDR fue instalada encima de una geomembrana que poseía una instalación para recibir y recolectar los lixiviados que podrían generarse al romperse la barrera capilar de la cobertura. Por ello, no fue necesario colocar una capa de sulfuros debajo de la cobertura para saber si quedaba protegida por la cobertura experimental instalada.

FOTOGRAFÍA 3. Celdas de terreno instaladas en la ciudadela universitaria de UTO.

44

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

4.1.3. Resultados experimentales Los principales resultados, bajo condiciones de lluvia natural y lluvia máxima, se muestran en la siguiente serie de gráficos:

50,0 45,0

Precipitación, mm H2O

40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Tiempo, días FIGURA 4. Precipitación pluvial natural durante la experimentación en celdas de terreno, cobertura Frankeita.

9 H2O, nivel A H2O, nivel B H2O, nivel C H2O, nivel D

8

Humedad, % H2O

7 6 5 4 3 2 1 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Tiempo, días FIGURA 5. Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 1, bajo condiciones de lluvia natural.

45

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

13

H2O, nivel A H2O, nivel B H2O, nivel C

12 11 10

Humedad, % H2O

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Tiempo, días FIGURA 6. Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 2, bajo condiciones de lluvia natural.

Para determinar la lluvia máxima de 24 hrs., se recurrió al Servicio Nacional de meteorología e hidrología de Bolivia (SENAMHI) que reportó la siguiente estadística de lluvias para el Distrito de Oruro.

800

Precipitación, mm H2O

700

Serie 1

600 500 400 300 200 100 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Tiempo, años FIGURA 7. Precipitación anual, en Oruro, en un período de 55 años (SENAMHI).

46

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Por otro lado, la tabla 1 detalla la máxima precipitación en 24 horas de los últimos 30 años.

AÑO

MES

DÍA

PREC.

AÑO

MES

DÍA

PREC.

AÑO

MES

DÍA

PREC.

1976

Abr.

7

34,3

1986

Dic.

21

21,9

1996

Feb.

21

22,4

1977

Ene.

2

49,0

1987

Ene.

6

35,1

1997

Sep.

19

27,8

1978

Feb.

2

40,0

1988

Feb.

12

19,2

1998

Nov.

18

18,4

1979

Ene.

15

26,7

1989

Feb.

8

21,1

1999

Mar.

28

66,7

1980

Feb.

19

21,4

1990

Ene.

30

27,8

2000

Ene.

15

32,2

1981

Feb.

3

49,0

1991

Mar.

9

21,0

2001

Mar.

21

26,6

1982

Mar.

1

46,5

1992

Dic.

31

18,3

2002

Feb.

25

48,2

1983

Feb.

4

16,3

1993

Dic.

9

34,1

2003

Ene.

25

22,6

1984

Feb.

3

32,7

1994

Feb.

11

28,5

2004

Ago.

18

13,8

1985

Feb.

14

34,9

1995

Feb.

26

28,1

2005

Feb.

6

21,4

TABLA 1. Lluvia máxima en 24 horas (mm), registro del SENAMHI para Oruro.

De acuerdo a éstos registros, se tomó la lluvia máxima de 24 horas del 28 de marzo de 1999, con un valor de 66.7 mm. Se añadió esa cantidad de agua a cada una de las 4 columnas y celdas de terreno en tres etapas de carga, cada ocho horas, simulando la lluvia máxima.

La siguiente figura 8 muestra el comportamiento de la celda de terreno Nº 2 bajo condiciones de lluvia máxima. Se observa que el nivel C de la cobertura se mantiene seco.

47

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

12

Humedad, % H2O

10 8 6 4 2 H2O, nivel A

H2O, nivel B

H2O, nivel C

0 0 5 10 15 20 25 30 35

Tiempo, días FIGURA 8. Resultados de medición de campo en celda de terreno Nº 2, bajo condiciones de lluvia máxima.

A partir de estos resultados, se pueden formular las siguientes consideraciones: • El suelo denominado Frankeita es un banco de suelo cuaternario, existente en las cercanías y colindante al dique de colas Frankeita.

Tiene las propiedades y el volumen suficiente para ser usado como parte de la cobertura del tipo SDR para la restauración del dique de colas Frankeita.

• La cobertura del tipo SDR probada en climatología semiárida, bajo condiciones de lluvia natural y de lluvia máxima de 24 horas, ha demostrado tener las propiedades hidráulicas adecuadas. Impide el ingreso de agua hacia los residuos sulfurosos oxidados que existen en el dique de colas Frankeita y así evita que se forme drenaje ácido de roca (DAR).

• El modelamiento matemático de la cobertura con SOIL COVER y los resultados experimentales, de celda de columna y de celdas de terreno, muestran claramente que una cobertura del tipo SDR es adecuada para proteger las colas de Frankeita.

48

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

4.1.4. Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas de las muestras Los análisis granulométricos de las muestras de suelos se realizaron tanto en UTO como en UQAT (Universidad canadiense de Quebec). El trabajo realizado en UTO empleó dos técnicas: análisis isométrico (tamización) hasta la malla 400 (serie Tyler) de 38 micrones; análisis isodrómico (sedimentación) hasta el tamaño de 6 micrones. El trabajo en UQAT realizó el análisis granulométrico por el método láser, moderno y más confiable.

Los resultados son similares hasta el tamaño de 38 micrones (hasta donde se empleó la serie de tamices Tyler en UTO). A partir de ahí, se observan marcadas diferencias; por ello, se tomó en cuenta, como resultados confiables, los trabajo realizados en UQAT. La figura 9 muestra el análisis granulométrico de los tres tipos de suelos que mejores características físicas mostraron durante las pruebas preliminares.

100 90 80

Frankeita Muestra FNI - 1 Muestra FNI - 2

% Acumulado que pasa

70 60 50 40 30 20 10 0 0.01 0.1

1

10 100 1000 10000 µm

FIGURA 9. Análisis granulométrico de las tres muestras elegidas para las pruebas en columna y en celdas de terreno.

49

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Por su parte, el análisis granulométrico de la grava fina (figura 10) se efectuó solamente en UTO por no ofrecer mayor dificultad, ya que se realizó por análisis isométrico hasta la malla 200 (serie Tyler).

100 90

% Acumulado que pasa

80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

10

100

1000 10000 100000

Tamaño de Grano, Micrones FIGURA 10. Análisis granulométrico de la muestra de grava fina.

Con los resultados del análisis granulométrico de Oruro se dedujeron los parámetros de caracterización que se encuentran en la tabla 2 para las tres muestras de suelos elegidos (del grupo de diez muestras de suelos recolectados en el área del proyecto).

Columna

Suelo

1

Nº 4 (Frankeita)

d80 = 0,22 mm; d50 = 0,15 mm; d10 = 0,03 mm; ρ = 2,604 g/cm3; Porosidad, ε = 0,44; AEV = 300 cm

Propiedades del suelo

2

Nº 4 (Frankeita)

d80 = 0,22 mm; d50 = 0,15 mm; d10 = 0,03 mm; ρ = 2,604 g/cm3; Porosidad, ε = 0,46; AEV = 300 cm

3

Nº 5 (FNI – 1)

d80 = 0,16 mm; d50 = 0,08 mm; d10 = 0,02 mm; ρ = 2,513 g/cm3; Porosidad, ε = 0,41 ; AEV= 150 cm

4

Nº 6 (FNI – 2)

d80 = 0,18 mm; d50 = 0,11 mm; d10 = 0,02 mm; ρ = 2,582 g/cm3; Porosidad, ε = 0,53; AEV = 350 cm TABLA 2. Suelos utilizados para el relleno de las columnas.

50

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La grava fina del río de Sepulturas empleada para lograr el efecto de barrera capilar tiene las siguientes características: Grava fina d80 = 4,2 mm; d50 = 0,9 mm; d10 = 0,2 mm; ρ = 2,564 g/cm3; Porosidad, ε = 0,30

Los resultados recibidos de UQAT reportaron las siguientes densidades obtenidas por el método del picnómetro de helio: muestra Frankeita = 2,6553 g/cm3; muestra FNI-1 = 2,4376 g/cm3; muestra FNI-2 = 2,6235 g/cm3. Estos valores están muy cerca de los obtenidos en el laboratorio de Oruro; el margen de error, en todos los casos, es menor al 3%.

FOTOGRAFÍA 4. Bancos de suelos Frankeita, próximos a las colas.

El banco de suelos Frankeita se encuentra, precisamente, en las proximidades de las colas de Frankeita. La fotografía 4 ofrece una vista de estos bancos.

4.1.5. Estudio de costos para la restauración de Frankeita El estudio para la estabilización y colocación de una cobertura antidrenaje ácido para el dique de colas de Frankeita ofrece la estructura de costos que se presenta en las tablas 3 a 6 (tipo de cambio: 7,07 Bs/$us).

51

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Ítem

Descripción del trabajo

Monto total, Bs

Monto total, $us

1

Cobertura

514.271,27

72.739,93

2

Canal perimetral

175.780,93

24.862,93

3

Muro de contención Total parcial

4

Imprevistos TOTAL

61.896,68

8.754,84

751.948,88

10.6357,70

75.194,89

10.632,94

827.143,77

116.990,64

TABLA 3. Resumen general de costos para restaurar el dique de colas Frankeita.

A continuación se presentan los cuadros de costos correspondientes a las etapas componentes del proyecto.

4.1.5.1. Costos de la cobertura Ítem

Descripción del trabajo

Unidad

Cantidad 1,00

Precio Unitario

1

Instalación de faenas

glb

2

Replanteo y trazado

glb

3

Movimiento de tierras y compactado en masa

m3

17.025,20

15,73

26.7806,40

4

Conformado, perfilado y compactado de taludes

m2

867,53

7,51

6.515,15

5

Conformado, perfilado y compactado de plataforma

m2

950,83

5,25

4.991,86

6

Movimiento de tierras (banco de préstamo)

3

m

4.790,40

15,73

75.352,99

7

Transporte de material al área de cobertura

m

3

4.790,40

30,47

145.963,49

8

Conformado y perfilado de taludes de cobertura

m2

867,53

7,51

6.515,15

9

Conformado y perfilado de plataforma cobertura

2

m

950,83

5,25

4.991,86

10

Limpieza general

glb

1.00

61.09

61,09

1,00 1.190,04

TOTAL

883,25 1.190,04

51.4271,27 TABLA 4. Resumen de los costos de la cobertura.

52

883,25

Precio Total, Bs

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

4.1.5.2. Costos del canal perimetral Ítem

Descripción del trabajo

Unidad

Cantidad

Precio Unitario

Precio Total, Bs

1

Instalación de faenas

glb

1,00

883,25

883,25

2

Replanteo y trazado

m

8.911,28

7,14

63.626,54

3

Excavación suelo semiduro

m

116,90

50,06

5.852,01

4

Perfilado del canal

2

m

222,97

28,56

6.368,02

5

Canal de Hº Cº 1:3:3

m2

80,23

733,85

58.876,79

6

Revestimiento del canal

m3

401,34

100,07

40.162,09

7

Limpieza general de la obra

m

1,00

12,22

12,22

2 3

3

TOTAL

175.780,93 TABLA 5. Resumen de los costos del canal perimetral.

4.1.5.3. Costos del muro perimetral de contención

1

Instalación de faenas

glb

1,00

Precio Unitario 883,25

2

Replanteo y trazado Muro

m2

300,00

7,14

Ítem

Descripción del trabajo

Unidad

Cantidad

Precio Total, Bs 883,25 2.142,00

3

Excavación suelo semiduro

m

22,52

50,06

1.127,35

4

Muro mampostería de piedra

m3

132,94

434,27

57.731,85

5

Limpieza general

glb

1,00

12,22

12,22

3

TOTAL

61.896,68 TABLA 6. Resumen de los costos del muro perimetral de contención.

4.1.6. Conclusiones: cobertura SDR para las colas de Frankeita Sobre la base del comportamiento de la celda Nº 2 y para reducir el espesor de la cobertura SDR, se sugiere, para las colas de Frankeita, el perfil de cobertura expuesto en la figura 11. Respecto a la cara lateral del dique de colas, se recomienda que el espesor de la cobertura de suelo cuaternario tenga la forma de cuña, con la parte más gruesa en la base, a fin de evitar la sobresaturación de esa capa por el descenso de la humedad a causa de la gravedad.

53

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Los espesores que se recomiendan, siguiendo el croquis de la figura, son los siguientes (considerar que el dique de Frankeita es de pequeña altura): “a” = 40 cm, “b” = 45 cm, “c” = 60 cm.

Cobertura de suelo

50 cm

“a” cm Cobertura de arena

25 cm

“b” cm Soporte de la pendiente RESIDUO MINERAL “c” cm

FIGURA 11. Diseño de la cobertura SDR para el dique de colas de Frankeita.

En el caso de las celdas experimentales tanto de columna como de terreno, respecto a la capa gruesa que en la figura aparece como capa de arena, se utilizó una capa de grava fina, (por tanto, puede emplearse grava fina en vez de arena para la cobertura de Frankeita). Detalles de las granulometrías de ambas capas y de las propiedades hidráulicas de esos suelos se incluyen en la sección 4.1.4.

Para proteger la cobertura, deben diseñarse y construirse zanjas perimetrales de derivación de escorrentías superficiales que bajan de los cerros y que actualmente están socavando este dique de colas (fotografía 5). Igualmente deben construirse gaviones o muros de mampostería de piedra para proteger el desmonte de la pequeña quebrada que lo está socavando, fenómeno que lleva contaminación a los acuíferos superficiales y subterráneos de la zona.

54

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFÍA 5. Socavamiento del dique de colas por escorrentías superficiales.

4.2. COBERTURAS PARA LOS DESMONTES DE ITOS 4.2.1. Antecedentes Para diseñar un modelo de coberturas y cubrir los desmontes de Itos, en el nuevo emplazamiento proyectado por COMIBOL, en los rajos a cielo abierto de la Veta Grande, inicialmente fue necesario buscar bancos de suelos que contengan material con propiedades hidráulicas adecuadas y volúmenes suficientes.

FOTOGRAFÍA 6. Bancos de suelos, sector cancha de fútbol, Itos.

55

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 7. Bancos de suelos, sector frente a BAREMSA.

Se tomaron varias muestras de suelos en las cercanías de Itos, aunque se seleccionaron sólo dos para construir las celdas experimentales de columna (fotografías 6 y 7), ya que las otras muestras no tenían propiedades adecuadas para servir como suelos de retención de humedad.

Se probaron los siguientes dos tipos de suelos: el primero, del sector de la cancha de fútbol de Itos y el segundo, del sector frente a la Planta BAREMSA. 4.2.2. Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas de las muestras El análisis granulométrico se realizó en los laboratorios de la Carrera de Ingeniería Metalúrgica de UTO, atendiendo a las recomendaciones de UQAT. Se pretendía así minimizar los errores que podrían encontrarse al efectuar la granulometría más fina por el método de sedimentación.

Las figuras 12 y 13 exponen los resultados de la muestra proveniente del sector de la cancha de fútbol de Itos.

56

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

100 .00 90 .00

% que pasa cumulado

80 .00 70 .00 60 .00 50 .00 40 .00 30 .00 20 .00 10 .00 0.00 1

10

100 1000 10000

Tamaño de granos, micrones FIGURA 12. Análisis granulométrico de la muestra, sector cancha de fútbol, Itos.

Contenido de agua volumétrico [-]

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0 1

10

100

1000

10000 100000 1000000 10000000

Succión capilar [cm de agua] FIGURA 13. Curva de succión-retención de agua de la muestra cancha de fútbol, Itos.

Además, a partir de estas curvas y de los datos usados para aplicar el MK Model, se obtiene la siguiente e importante información adicional (tabla 7):

57

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

(μ)

(μ)

Cu

ρ

(-)

18

86

4,777

d10

d60

ρ

ε

g/cm3

g/cm3

(-)

1,361

2,632

0,483

ap

real

AEV cm 2.000

Ksat cm/s 9,48x10-7

TABLA 7. Parámetros de la muestra, suelo de la cancha de fútbol, Itos.

Donde CU es el coeficiente de uniformidad; ε es el Índice de vacío, y Ksat es la conductividad hidráulica saturada, ρap es la densidad aparente y ρreal es la densidad real. Además se puede estimar la curva de succiónretención de agua (WRC) referente a la muestra de suelo de la cancha de fútbol, Itos.

Por su parte, el análisis de la muestra proveniente del sector frente a la planta BAREMSA arrojó también sus propios resultados. Las figuras 14 y 15 muestran ello.

100 .00

Peso acumulativo pasante, %

90 .00 80 .00 70 .00 60 .00 50 .00 40 .00 30 .00 20 .00 10 .00 0.00

1

10

100 1000 10000

Tamaño de grano, micrones FIGURA 14. Análisis granulométrico de la muestra sector frente a BAREMSA.

58

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Contenido de agua volumétrico [-]

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1

10

100

1000

10000 100000 1000000 10000000

Succión capilar [cm de agua] FIGURA 15. Curva de succión-retención de agua de la muestra sector frente a BAREMSA.

Además, a partir de estas curvas y de los datos usados para aplicar el MK Model se obtiene la siguiente e importante información adicional (tabla 8): Cu

(μ)

(μ)

ρ

(-)

53

177

3,339

d10

d60

ρ

real

ε

g/cm

g/cm

(-)

1,498

2,671

0,439

ap 3

3

AEV cm 500

Ksat cm/s 4,71x10-6

TABLA 8. Parámetros de la muestra, suelo de la cancha, Itos.

Complementariamente, la grava fina para conformar la barrera capilar proviene del río de Paria y tiene la siguiente granulometría y curva de succión-retención de agua (figuras 16 y 17).

59

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

100 90

% que pasa cumulado

80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

10

100 1000 10000 100000

Tamaño de granos, micrones FIGURA 16. Análisis granulométrico de la muestra grava fina.

30,00 25,00

TEV

20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 20 40 60 80 100

Altura de columna de agua, cm FIGURA 17. Curva de succión-retención de agua de la muestra grava fina.

4.2.3. Cobertura tipo SDR Puesto que este tipo de cobertura fue estudiado ampliamente y puesto que los resultados logrados con el tipo de suelo adecuado como cobertura eran satisfactorios, se decidió aplicar esta técnica con los suelos seleccionados próximos a los desmontes de Itos.

60

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Se armaron dos celdas de columna, una para el suelo denominados “cancha” y otra para el denominado “BAREMSA”. En ellas se probó un espesor de capa de suelo de 80 cm sobre una capa de grava fina para obtener el efecto de barrera capilar. En la capa de suelo se instalaron sensores de humedad y de succión (presión negativa) en tres niveles A, B, y C, pero en la capa de grava fina, en un solo nivel D (figura 18).

Instrumentos de control de humedad y succión 15 cm

NIVEL “A”

SUELO

80 cm

25 cm

NIVEL “B”

25 cm

NIVEL “C” 30 cm

GRAVA FINA 30 cm

NIVEL “D” 15 cm 56 cm

FIGURA 18. Esquema de armado de las dos columnas con suelos del sector de la cancha de fútbol, Itos y del sector frente a BAREMSA.

61

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

4.2.4. Resultados experimentales Estas pruebas transcurrieron del 1º al 26 de octubre del 2009. Las condiciones en que se ejecutaron fueron de inundación con lluvia artificial de máxima intensidad (lluvia máxima, 66,7 mm en 24 horas). Empero no se probaron las columnas en régimen de lluvia natural, porque aún no había empezado la época de lluvias en Oruro. Las columnas fueron montadas con suelo seco de humedad natural para simular lo que ocurriría con esta cobertura cuando empezara a cargarse con agua de lluvia máxima.

La precipitación pluvial que se controló en esta prueba tiene las características que se muestran en la figura 19. En realidad se trata de una sola descarga distribuida en 24 horas.

80 70

Humedad, %

60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30

Tiempo, Días FIGURA 19. Precipitación pluvial para la cobertura SDR, dos columnas, Itos.

Los resultados obtenidos se muestran en los siguientes gráficos:

62

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

18 16 14

Humedad, %

12 10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Tiempo, Días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

FIGURA 20. Perfil de humedad en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos).

250

Succión, KPa

200

50

100

50

0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Tiempo, Días

Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

FIGURA 21. Perfil de succión en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector de la cancha de futbol, Itos).

63

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

20

Humedad, %

15

10

5

0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Tiempo, Días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

FIGURA 22. Perfil de humedad en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector frente a BAREMSA).

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Tiempo, Días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

FIGURA 23. Perfil de succión en celda de columna para coberturas de Itos (con suelo del sector frente a BAREMSA).

Se puede estudiar perfectamente el ciclo de almacenamiento, desviación y descarga de la cobertura SDR, simulando precipitación pluvial de diferentes intensidades, Por ello, en esta serie de pruebas las columnas fueron estudiadas bajo el efecto de una carga de agua equivalente a lluvia máxima de 24 hrs.

Como se observa, en las figuras 20 y 22 referentes al control de humedad en diferentes niveles de la columna, el efecto de lluvia máxima

64

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

es bastante similar en ambos tipos de suelos. Lo mismo ocurre en las figuras 21 y 23 referentes al control de succión. Por tanto sólo se efectúa un solo análisis correspondiente a las figuras 20 y 21, de las cuales se concluye que: • Partiendo del tiempo 0 en que la columna montada está seca, la inundación equivalente a una lluvia máxima de 24 hrs. eleva inmediatamente el contenido de humedad en el nivel A al grado máximo de 16%. Sólo después de 72 horas (tres días), la humedad en el nivel B alcanza su máximo debido a la infiltración del agua: esta baja velocidad de penetración del agua se debe a las propiedades de conductibilidad hidráulica del suelo, propia de su fina granulometría, pero también a que el suelo está casi seco.

• Conforme transcurre el tiempo, el suelo va perdiendo humedad por evaporación, principalmente solar. La pérdida de humedad alcanza incluso al nivel B, lo cual es favorable para la cobertura, porque al perder humedad, luego podrá recargarse con nuevas lluvias.

• En el nivel C, que está a 65 cm de profundidad, prácticamente ingresa muy poca humedad y muy lentamente. Por tanto, es suficiente para proteger los desmontes del contacto con el agua, utilizar una capa con espesor de 50 cm de suelo (ya sea con suelo BAREMSA o cancha Itos).

• En el nivel D de la capa de grava fina no ingresó humedad. Por tanto, los desmontes no podrían formar DAR en esas condiciones.

Para evidenciar el buen funcionamiento de este esquema de cobertura se han interrelacionado los resultados de las figuras 20 y 21 y así construir los clásicos perfiles de humedad y succión en función de la altura de la cobertura, medida desde la base de la capa de grava fina. Estos nuevos perfiles están graficados en las figuras 24 y 25.

65

Espesor de cobertura, cm

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Día 1 Día 5 Día 12 Día 18 Día 25

0 5 10 15 20

% Humedad FIGURA 24. Perfil de humedad en la celda de columna para la cobertura Itos (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos).

110 100 90 Espesor de cobertura, cm

80 70 60

Día 2 Día 5 Día 12 Día 18 Día 25

50 40 30 20 10 0

0 50 100 150 200 250

Presión / succión KPa FIGURA 25. Perfil de Succión en la celda de columna para la cobertura Itos, (con suelo del sector de la cancha de fútbol, Itos).

66

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Ambas figuras muestran claramente que: • En los primeros 30 cm de la cobertura, correspondientes a la capa de grava fina, la humedad se mantiene en niveles muy bajos. Por tanto no habrá flujo de humedad hacia los desmontes que emplearán esta cobertura, además habrá buena protección anti DAR. • Por su parte, la succión fluctúa entre 160 y 200 KPa, muy por encima (valor absoluto) del punto de marchitez o sequedad del suelo, ratificando ello que no penetrará la humedad hacia los residuos sulfurosos que se pretenden proteger.

• El sensor del nivel C, colocado a 45 cm de la base de la columna, muestra que no es necesaria la capa de suelo fino situada debajo de los 15 cm de espesor de donde está ubicado el sensor D, porque, a esa altura, los niveles de humedad siguen muy bajos.

• Los sensores superiores emplazados en los niveles A y B registran los niveles más altos de humedad, debido a que el agua ingresó hasta el sensor B a 70 cm de la base de la columna. Pero el nivel de succión es tan bajo allí que no se alcanza el punto de entrada de aire para la curva WRC de este suelo, y por tanto no se excede la capacidad de campo.

• Las líneas quebradas de diferentes colores muestran la evolución de la humedad y de la succión para diferentes días de experimentación.

El suelo, casi seco el día 1, aumenta su humedad rápidamente y el día 5 (120 hrs), después de la inundación con lluvia máxima, alcanza la mayor humedad en la columna. Luego, con el paso del tiempo, al evaporarse el agua de la columna, ésta tiende a retornar gradualmente a su situación de origen (ver línea del día 24). Lamentablemente, por falta de sensores, la celda tuvo que ser desmontada para realizar pruebas con las otras columnas.

67

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

4.2.5. Características de los desmontes de Itos 4.2.5.1. Proyecto de confinamiento final de los desmontes de Itos Ante el desordenado crecimiento urbano en la zona de Itos, donde las edificaciones particulares se están erigiendo muy próximas a los desmontes, DIMA-COMIBOL proyectó trasladar éstos y confinarlos en el área de los tajos a cielo abierto de la serranía ubicada encima de esos desmontes. Las siguientes fotografías permiten apreciar este escenario.

FOTOGRAFÍA 8. Vista aérea de los desmontes de Itos.

FOTOGRAFÍA 9. Otra vista parcial del tajo.

68

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFIA 10. Vista de la ciudad de Oruro desde el tajo.

FOTOGRAFÍA 11. Personal técnico durante la visita al tajo.

Lamentablemente las negociaciones entre COMIBOL y las cooperativas que actualmente explotan el yacimiento en el sector de Itos no prosperaron y se tuvo que paralizar el proyecto. No tenía sentido continuar experimentando una cobertura en forma de cúpula, como inicialmente se tenía diseñado, hasta que no se definiera el emplazamiento definitivo de estos desmontes. Ante esta situación, queda proponer el aprovechamiento de la configuración que tiene el desmonte principal y acopiar allí los desmontes menores. Se puede conformar una sola pila con talud estabilizado por plataformas, la cual se restaurarían con una cobertura SDR (figura 26).

CAPA DE SUELO - CANCHA DE FÚTBOL - ITOS CAPA DE GRAVA FINA

50 cm

50 cm 30 cm

RESIDUO MINERAL COLAS Y/O DESMONTES

30 cm

Canal o tubo de drenaje Detalle del lugar de drenaje FIGURA 26. Sugerencia de instalación de cobertura SDR para los desmontes de Itos.

69

Perfil de DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Este tipo de cobertura cubriría todo el perfil de los desmontes que serían depositados según lo expuesto en la figura 27.

PERFIL DE ....... DE DISEÑO

45

45

40

50

FIGURA 27. Perfil longitudinal de la disposición de desmontes en la cima del tajo de Veta Grande.

4.2.6. Conclusiones: coberturas para los desmontes de Itos • Los suelos denominados cancha Itos y BAREMSA tienen propiedades hidráulicas adecuadas para conformar la capa de una cobertura SDR destinada a restaurar los desmontes de la zona de Itos.

• La cobertura SDR debe conformarse con una capa de suelo (cancha Itos y/o BAREMSA) más otra de grava fina o de colas de jig. Ello establecerá el efecto de barrera capilar necesario para impedir el ingreso de agua hacia los desmontes.

• La capa de suelo debe tener un espesor de 50 cm y la de grava fina o colas de jig, 30 cm.

• Como la zona de Itos se está urbanizando desordenadamente, COMIBOL y la H. Alcaldía de Oruro deben actuar para preservar el área del mayor desmonte (cercano a la cancha de fútbol) a fin de

70

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

confinar allí todos los más pequeños. También deben evitar que los suelos recomendados como cobertura sean destinados a otro fin o que encima de ellos se asienten construcciones urbanas que impidan su utilización futura como material de cobertura.

• Finalmente, este esquema propuesto para los desmontes de ITOS sí funciona y debiera experimentarse en celda de terreno in situ. Luego se procedería a la implementación final en el lugar de confinamiento, diseñando las cunetas de drenaje y los canales de desagüe, según el modelamiento de las coberturas inclinadas de cada sector.

4.3. COBERTURAS PARA LOS DESMONTES DE SAN JOSÉ Como ya se explicó, este trabajo fue adicionado a solicitud de los técnicos de DIMA, lo cual prolongó el tiempo de experimentación hasta la primera quincena de agosto del 2010. Aquí no se usó la técnica de las coberturas SDR por razones que se explican más adelante.

A la fecha, mayo del 2011, COMIBOL está concluyendo la conformación de banquinas, perfilado de taludes y nivelado de plataformas en los desmontes de San José, como puede observarse en las fotografías 12 y 13, tomadas recientemente por el equipo técnico de UTO.

71

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 12. Preparado y perfilado de taludes en los desmontes del Centro Minero San José, COMIBOL.

FOTOGRAFÍA 13. Perfilado de taludes en los desmontes del Centro Minero San José, COMIBOL.

Durante la visita técnica a estos desmontes, se observaron sectores en que la carga se compactó naturalmente de tal manera que difícilmente podría ocurrir oxidación debajo de estas compactaciones: ellas son como capas impermeables. La fotografía 14 muestra la compactación natural que ha sucedido en parte de estos desmontes. Estos sectores probablemente no formarán DAR.

72

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFÍA 14. Aglomerados compactados y formados naturalmente, Centro Minero San José, COMIBOL.

Sin embargo, la fotografía 15 ilustra la carga no compactada en que la oxidación está avanzando hacia la parte inferior, formando DAR.

FOTOGRAFÍA 15. Aglomerados no compactados, formados naturalmente, Centro Minero San José, COMIBOL.

Por su parte, la fotografía 16 expone diferentes tipos de aglomerados que se formaron naturalmente en los desmontes de San José. Los aglomerados llegaron a cementarse por cristalización o deposición de sales diversas y jarositas, las cuales actúan como elementos ligantes o aglomerantes entre las partículas, formando una especie de “lentes” de hard pan.

73

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 16. Aglomerados formados naturalmente en los desmontes del Centro Minero de San José, COMIBOL.

Una vez concluida esa etapa de estabilización física de los desmontes de San José, se deberá colocar la cobertura anti drenaje ácido para dar estabilidad química a esos pasivos ambientales. Para avanzar hacia esto, se ha sugerido en nuestro primer informe el esquema de diseño que se muestra en la figura 28.A. Suelo

CAPA DE GRAVA

15 cm

CAPA DE ARCILLA

20 cm

CAPA DE GRAVA

15 cm

15 cm 20 cm

RESIDUO MINERAL: COLAS Y/O DESMONTES

15 cm

Canal o tubo de drenaje

Detalle del lugar de drenaje FIGURA 28.A. Esquema de la disposición y espesores de suelos: pruebas preliminares de coberturas para los desmontes de San José.

74

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

4.3.1. Antecedentes En la ciudad minera de Oruro (Bolivia), existen varios pasivos ambientales mineros dejados por la explotación del yacimiento de San José, incluso por los de la colonia. Entre esos pasivos están los desmontes de San José, que fueron caracterizados como fuertes generadores de DAR, a través de varios estudios (PPO, Dammes & Moore). Aquí el potencial neto de neutralización fluctúa entre -200 y -344, según las zonas; el pH pasta medido es 2,0; y los drenajes ácidos son una de las fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas y de los suelos circundantes. La consultora mencionada recomendó confinar varios desmontes existentes en el área en una sola gran pila y darle remediación ambiental con estabilización física y química.

DIMA-COMIBOL realizó la remediación ambiental de estos residuos acumulados en superficie, cubicados en 262.400 m3. Les dio estabilidad física mediante varios procedimientos: corrección de taludes a 1V:2H; construcción de colectores en la plataforma superior en HºSº (con resistencias de 180 kg/cm2) para manejar las escorrentías superficiales; y canales de HºSº (de 350 kg/cm2) para canalizar las aguas de mina. Las dimensiones y secciones de estas obras se acomodaron a los caudales y necesidades de las áreas de recolección y a los datos de precipitaciones extremas.

La estabilidad física se complementó construyendo plataformas y bermas diseñadas para soportar aceleraciones sísmicas de 0,065 g (65 cm/ seg2), superiores a los límites de tipo 2, para el área, establecidos por el instituto de sismología nacional.

4.3.2. Coberturas con arcilla COMIBOL entregó, mediante el Ing. Carlos Dorado, dos muestras de suelos arcillosos y una de grava. Estos tipos de material podrían ser utilizados para la restauración de los desmontes en la fase de estabilidad química. Se concluyó que, por sus propiedades granulométricas e hidráulicas, que servirían para construir una cobertura del tipo C.E.B.C, de cuatro capas básicas.

75

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Capa de grava en la base, con la función drenante y protectora, que además, conforme la barrera de efecto capilar con la siguiente capa subyacente que sería el desmonte.

• Capa compactada de suelo limo arcilloso, con la función de retención de humedad, que impida el ingreso de agua en la estructura de los desmontes.

• Capa de arcilla semiimpermeable, con la función de desviar el agua y favorecer la escorrentía lateral, de impedir la acumulación de demasiada humedad en la capa de suelo arcilloso que amenace ingresar hacia la estructura de los desmontes sulfurados.

• Capa delgada de suelo que corona la cobertura para proteger del agrietamiento a la capa de arcilla, durante la experimentación de la columna.

Bajo este modelo, se experimentaron siete diseños de conformación de la cobertura en siete columnas diferentes, instrumentadas con sensores de humedad y de presión, bajo condiciones de lluvia extrema y lluvia natural. La primera columna se denominó columna de base y las seis restantes, columnas de optimización del diseño.

Columna base Esta primera columna fue instalada según el esquema de la figura 28.B.

76

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

5 cm

SUELO

20 cm

ARCILLA

35 cm

SUELO Nivel superior 30 cm

Nivel intermedio 10 cm

Nivel inferior 30 cm

GRAVA FINA

20 cm

Instrumentos de control de humedad y succión

FIGURA 28.B. Esquema de la columna preparada con arcilla como cobertura principal.

Para montar la celda de columna experimental con la conformación de capas de la figura 41 (ver más adelante), se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones: • Según información de técnicos de COMIBOL, no hay suficientes suelos cuaternarios (como los empleados para las pruebas de FRANKEITA) en las inmediaciones de San José para conformar una cobertura del tipo SDR. Por tanto, es necesario estudiar otros tipos de cobertura, como SR (ALMACENAMIENTO Y DESCARGA) o DD (Desviación y Descarga).

• Se localizaron bancos importantes de suelos arcillosos no plásticos en la zona de Iroco, próximos al área de las lagunas de evaporación de Kori Chaca. Podrían emplearse para restaurar los desmontes de San José si se comprobara que tienen bajos coeficientes de conductibilidad hidráulica.

77

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Las propiedades hidráulicas de esos suelos arcillosos no eran conocidas. Pero se les suponía con buenas propiedades impermeables, y para confirmar se realizó su caracterización granulométrica y simulación en el MK Model.

4.3.2.1 Análisis granulométrico y propiedades hidráulicas de las muestras Durante la investigación, y después de la presentación del informe Nº 1, COMIBOL proporcionó nuevas muestras denominadas arcillas Iroco y grava fina para realizar pruebas comparativas y de optimización de coberturas. Así fue necesario caracterizar estos nuevos materiales. Los análisis se realizaron en los laboratorios de la Carrera de Ingeniería Metalúrgica y produjeron los siguientes resultados (figura 29): 100 .00

Peso acumulativo pasante, %

90 .00 80 .00 70 .00 60 .00 50 .00 40 .00 30 .00 20 .00 10 .00 0.00

1 10 100 1000

Tamaño de grano, micrones FIGURA 29. Análisis granulométrico de las arcillas Iroco.

78

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Contenido de agua volumétrico [-]

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0 1

10

100

1000

10000 100000 1000000 10000000

Succión capilar [cm de agua] FIGURA 30. Curva de retención de humedad (WRC) de las arcillas Iroco.

Además, partiendo de estas curvas y de los datos usados para aplicar el MK Model, se obtiene la siguiente e importante información adicional (tabla 9): d10 (μ)

d60 (μ)

Cu

ρ

ρ

(-)

g/cm

6,5

14

2,15

1,144

ap 3

real

ε

g/cm

2,447

Ksat

(-)

AEV cm

cm/s

0,532

450

1,5x10-5

3

TABLA 9. Parámetros de la muestra suelo de las arcillas Iroco.

100 .00 90 .00

% Acumulado que pasa

80 .00 70 .00 60 .00 50 .00 40 .00 30 .00 20 .00 10 .00 0.00

1 10 100 1000

Tamaño de grano, micrones FIGURA 31. Análisis granulométrico de la grava fina provista por COMIBOL.

79

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Contenido de agua volumétrico [-]

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0 1

10

100

1000

10000 100000 1000000 10000000

-0.1

Succión capilar[cm de agua] FIGURA 32. Diagrama de retención de humedad WRC para la grava fina COMIBOL.

Además, partiendo de estas curvas y de los datos usados para aplicar el MK Model, se obtiene la siguiente e importante información adicional (tabla 10): d10 (μ)

d60 (μ)

Cu

ρ

(-)

g/cm3

g/cm3

(-)

9.500

23.000

2,42

1,144

2,512

0,545

ap

ρ

real

ε

AEV cm *

Ksat cm/s 3,7E+01

*Queda fuera del rango de medición, pues a una succión de sólo 5 cm ya se está en el punto de marchitez.

TABLA 10. Parámetros de la muestra suelo de la grava fina, COMIBOL.

4.3.3. Resultados experimentales Tomando en cuenta toda la información anterior y las consideraciones inherentes a este tipo de coberturas, se diseñó una celda de columna como la de la figura 28. Ella tenía una delgada capa superior de suelo (de la cancha de Itos) como protección; luego, otra capa de arcilla 20 cm (de Iroco) como capa impermeable para la época húmeda; y por debajo, suelo cuaternario de 30 cm (de la cancha de Itos) como capa de almacenamiento de humedad. Esta última debería retener la humedad que ingresara a la estructura cuando la capa de suelo arcilloso estuviera agrietada por una prolongada sequía (aunque nuevamente se sellaría en la época húmeda).

80

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La capa de suelo cuaternario acumularía esa humedad infiltrada que así no entraría en contacto con los desmontes de San José por efecto de la barrera capilar de la capa de arena, grava fina o colas de jigs que, en un espesor de 30 cm, se colocaría sobre los desmontes de San José. Los resultados logrados se muestran en las figuras 33 y 34.

20 18 16

Humedad, %

14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo, Días Nivel Sup.

Nivel Inter.

Nivel infer.

FIGURA 33. Perfil de humedad en celda de columna con arcilla, para coberturas en San José.

Estas pruebas transcurrieron del 18 de diciembre de 2009 al 1º de febrero de 2010. Se ejecutaron bajo las siguientes condiciones: Primero, lluvia artificial de máxima intensidad (66,7 mm en 24 horas, correspondiente a la precipitación registrada por SENAMHI en marzo 28 de 1999; esta lluvia artificial se realizó por aspersión de 5,48 litros de agua cada ocho horas en un día hasta alcanzar la precipitación indicada). Seguidamente, lluvia natural, conforme a los registros de la estación meteorológica de Ingeniería Civil de UTO (ver el CD con estos datos).

81

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

30 25

Succión, KPa

20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo: días

Nivel Sup.

Nivel Inter.

Nivel infer.

FIGURA 34. Perfil de succión en celda de columna con arcilla para coberturas en San José.

La carga de agua para esta serie experimental se muestra en la figura 35.

80

Precipitación pluvial, mm H2O

70 60 50 40 30 20 10 0

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo, días FIGURA 35. Carga de agua para la columna con arcilla.

82

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

De las figuras 33 y 34 se pueden colegir algunas consideraciones importantes: • El diseño de la cobertura funciona y resulta apropiado para impedir el ingreso de agua (humedad) a los desmontes de San José.

• Como la columna se construyó con suelos secos (humedad natural inicial), las variaciones de humedad de la figura 35 corresponden al ingreso de agua a la celda por inundación artificial, mediante simulación de lluvia natural máxima de 24 horas sobre suelo seco.

• El agua ingresada a la columna seca se acumula primeramente en la capa de arcilla y cuando ésta se satura, ingresa a la capa de suelo fino hasta que la presión en la interfase alcance el valor de entrada de agua de la capa de grava fina (nivel inferior). Dado que este último fenómeno no se alcanzó en nuestro caso, por ello la humedad en la capa de grava fina se mantuvo muy baja como barrera de protección anti DAR. Para poner evidenciar el buen funcionamiento de este esquema de cobertura se han interrelacionado los resultados de las figuras 33 y 34 y así construir los clásicos perfiles de humedad y succión en función de la altura de la cobertura, medida desde la base de la capa de arena. Estos nuevos perfiles están graficados en las figuras 36 y 37.

83

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

110 100 90

Altura de la cobertura, cm

80 70

Día 1 Día 5 Día 12 Día 18 Día 25

60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20

% Humedad FIGURA 36. Perfil de humedad en la celda de columna con arcilla para la cobertura de los desmontes de San José.

110 100 90

Altura de la cobertura, cm

80 70

Día 1 Día 5 Día 12 Día 18 Día 25

60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250

Succión/presión FIGURA 37. Perfil de Succión en la celda de columna con arcilla para la cobertura de los desmontes de San José.

84

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Estas figuras 36 y 37 muestran claramente que: • En los primeros 30 cm de la cobertura, correspondientes a la capa de grava fina, la humedad se mantiene en niveles muy bajos. Por tanto no habrá flujo de humedad hacia los desmontes que emplearán esta cobertura, además habrá buena protección anti DAR. En esta capa de grava fina, la succión es alta y varía entre 169 y 199 KPa. Por tanto con esa succión la capa de grava fina estará en condición de secano por encima de su punto de marchitez (figura 33) • A los 40 cm, donde están colocados los sensores del nivel intermedio, casi en la base del suelo fino, la humedad sigue baja porque su ingreso a esta capa es mínimo. A pesar de que esta capa tiene sólo 30 cm de espesor, su capacidad de campo (almacenamiento) para retener esa humedad es suficiente. Esto beneficiaría mucho a COMIBOL al reducir costos y ajustarse a los requerimientos de suelos apropiados. La succión en ese nivel está entre 112 y 143 KPa, lo que confirma que aquí el suelo tiene muy poca humedad.

• Los sensores superiores emplazados a 50 cm de la base registraron los niveles más altos de humedad debido a que la capa de arcilla de encima (figura 28) no es suficientemente impermeable. O, más probablemente, debido a que la abundante agua ingresada a la celda (lluvia máxima) saturó esa capa e inició la infiltración hacia las capas inferiores, a causa de incrementarse la conductibilidad hidráulica de la arcilla saturada.

• La succión en el nivel superior evolucionó mostrando situaciones diferentes. El día 1 la succión era muy alta porque la capa tenía sólo humedad residual y podía succionar humedad de la capa de arcilla superior que estaba saturada. Luego disminuyó a un nivel que ya no alcanzaba el punto AEV de la arcilla para continuar extrayendo humedad: de ese modo no progresó la infiltración de agua hacia los niveles inferiores de la columna.

85

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Las distintas líneas quebradas de diferentes colores muestran la evolución de la humedad y de la succión para diferentes días de experimentación. El suelo, inicialmente casi seco, aumenta su humedad conforme ingresa agua a la celda o la disminuye cuando deja de llover y empieza la evaporación.

• Finalmente, los dos perfiles verticales, de humedad y de succión, muestran la eficacia de la barrera capilar conformada por las capas de grava fina y de suelo para dar protección a los desmontes.

4.3.4. Optimización de las coberturas con arcilla Comunicados los resultados anteriores a COMIBOL, en contactos de coordinación con los ingenieros Carlos Dorado y Alberto Paniagua, se vio por conveniente continuar la investigación, procurando optimizar el diseño de la “cobertura base”. Principalmente se redujeron los espesores de las distintas capas para rebajar los costos de la remediación ambiental en los desmontes de San José. Con ese fin se diseñaron seis nuevos esquemas de cobertura, los cuales se explican a continuación según los detalles de construcción y los resultados obtenidos.

4.3.4.1. Columna de optimización nº 1 (arcilla: cuatro capas,

altura 50 cm) Como se ha indicado líneas arriba, se trata, en primer lugar, de usar materiales que posteriormente pueda disponer libremente COMIBOL y de lograr una altura mínima de cobertura total para minimizar los gastos de remediación ambiental.

Debe aclararse que cuando se decidió montar estas nuevas seis columnas estaba concluyendo el período de lluvias en Oruro y por eso se acordó ejecutar las pruebas durante un corto período simulado de lluvias que representara una frecuencia de lluvias anormalmente alta para Oruro. No se podía esperar hasta el próximo período de lluvias de diciembre del 2010.

Estos contratiempos se originaron, entre otros factores, por la escasez de instrumentos de control y monitoreo, lo que obligó a montar y desmontar celdas para recuperar y reutilizar los sensores de humedad y presión.

86

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

En primer lugar, se probó una columna de cuatro capas con una altura máxima de 50 cm. Este diseño corresponde a una cobertura del tipo CEBC de doble barrera capilar pero con una capa de retención de humedad delgada de sólo 20 cm de espesor.

El espesor de las capas y la colocación de sensores de esta columna se detallan en la figura 38-columna 1.

GRAVA FINA + ARCILLA

GRAVA FINA + ARCILLA

10 cm

ARENA

ARENA

20 cm

ARCILLA

50 cm

5 cm

10 cm

5 cm 15 cm 5 cm

ARCILLA

5 cm

GRAVA FINA

5 cm 15 cm

5 cm

GRAVA FINA

40 cm

5 cm

10 cm

5 cm

SULFUROS SULFUROS

COLUMNA 1

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

COLUMNA 2

FIGURA 38. Configuración de celdas de columna 1 y 2 para optimizar la cobertura con arcilla, desmontes de San José.

El diseño de esta celda de columna 1 busca estudiar el efecto de eliminar la capa de cubierta de suelo fino del diseño de la “columna base” (figura 28) y reemplazarla por una delgada capa con “mezcla de grava fina y arcilla” para proteger mejor la cobertura contra la erosión eólica e hídrica. Además sustituye la capa de suelo por una delgada capa de arcilla entre las dos capas de grava fina, conformando una estructura típica de cobertura C.E.B.C., la cual, por las condiciones de clima semiárido de Oruro, no mantendría saturada la capa de arcilla.

87

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

La figura 39 muestra la carga de agua a las dos celdas de columna antedichas, carga que simula un período de lluvia con precipitación anormalmente alta para Oruro (del 1º al 29 de abril del 2010).

40

Precipitación, mm H2O

35 30 25 20 15 10 5 0

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Tiempo, días FIGURA 39. Registro de carga de agua a las dos celdas de columna que simula un período de mucha lluvia (del 1º al 29 de abril 2010).

Los registros de humedad y presión obtenidos con esta columna son los siguientes (figuras 40 y 41): 16 14

Humedad, %

12 10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 40. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 1.

88

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 41. Perfil de succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 1.

Estos resultados muestran que el diseño de la cobertura no es bueno porque a los 15 días de experimentación ya se registraba bastante humedad en la capa inferior de arena. Ello implicaba el riesgo de ingreso de humedad a los desmontes.

Para evidenciar mejor esta deficiencia, se construyeron los perfiles verticales de humedad y de succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 42 y 43).

89

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

55

5 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

10 cm

ARENA

50

5 cm 50 cm

45

Altura de cobertura, cm

40

20 cm

ARCILLA

35

5 cm

30

Día 4

25

15 cm

GRAVA FINA

Día 11

20

5 cm

Día 20

15 10

SULFUROS

5 0 0.00 5.00 10.00 15.00

COLUMNA 1

% Humedad

FIGURA 42. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 1.

50

5 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

10 cm

ARENA

40

50 cm

Altura de cobertura, cm

5 cm

30

20 cm

ARCILLA 5 cm

15 cm

20

GRAVA FINA 5 cm

10

SULFUROS 0 0 50 100 150 200

Presión, KPa

Día 4

Día 11

COLUMNA 1

Día 20

FIGURA 43. Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 1.

90

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

De estas dos últimas figuras se deduce que la capa de arcilla de 20 cm no es suficiente para retener la infiltración del agua, pues ya a los 11 días de montada la celda se registra una humedad cercana a la saturación en la base de la capa de arcilla. Y como en ese punto la succión es muy alta, empieza la infiltración hacia la base de grava fina de la cobertura. Por tanto este diseño no es adecuado para proteger los desmontes.

4.3.4.2. Columna de optimización nº 2 (arcilla: cuatro capas,

altura 40 cm) Esta columna fue montada junto a la anterior y sometida a experimentación al mismo tiempo y en idénticas condiciones. El diseño corresponde a una cobertura del tipo CEBC de doble barrera capilar pero con una capa de retención de humedad aún más delgada, ya que sólo alcanza 15 cm de espesor (muy reducida capacidad de campo). El espesor de las capas y la colocación de sensores se detallan en la figura 38-columna 2.

El diseño de esta celda de columna 2 busca estudiar el efecto de disminuir aun más los espesores de las capas de grava y arcilla en la base de la cobertura, pensando en disminuir el costo de la colocación de la cobertura.

Los resultados obtenidos en los registros de humedad y presión son los siguientes: (figuras 44, 45)

91

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

14 12

Humedad, %

10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 44. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 2.

120 100

Succión, KPa

80 60 40 20 0 0 3 6 9 12 15 18 21

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 45. Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 2.

Lamentablemente el diseño de esta celda no mejora la eficiencia de la cobertura, sino todo lo contrario. El nivel de humedad en la capa base de arena es más elevado que en la columna 1 e incluso supera la humedad en la propia capa de arcilla después de 15 días de experimentación que simula un periodo de lluvias como el del verano de 2009-2010 (la carga de lluvia simulada para esta celda se expuso en la figura 39).

92

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Por tanto, es impensable disminuir el espesor de las dos capas base de la cobertura.

45 40

5 cm

ARENA

10 cm

5 cm

35

Altura cobertura, cm

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm

30 25

5 cm

ARCILLA

5 cm

GRAVA FINA

40 cm

Para evidenciar mejor esta deficiencia, se construyeron los perfiles verticales de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 46 y 47).

10 cm

20 15 10

Día 4

5

Día 11

SULFUROS

Día 20

0 0 20 40 60 80 100 120

Presión KPa

COLUMNA 2

FIGURA 46. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 2.

93

45,00 40.00

GRAVA FINA + ARCILLA

5 cm

ARENA

10 cm

5 cm

Altura cobertura, cm

35.00

15 cm

30.00 25.00

5 cm

ARCILLA

5 cm

GRAVA FINA

40 cm

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

10 cm

20.00 15.00 10.00

Día 4

5.00

Día 11

SULFUROS

Día 20

0.00 0 20 40 60 80 100 120

Presión KPa

COLUMNA 2

FIGURA 47. Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 2.

De estas dos últimas figuras se deduce que la capa de arcilla de 15 cm no es suficiente para retener la infiltración del agua, pues casi desde el inicio de montada la celda se registra una humedad cercana a la saturación en la base de la capa de arcilla. Y como en ese punto la succión es muy alta, empieza la infiltración hacia la base de grava fina de la cobertura. Por tanto, este diseño no es adecuado para proteger los desmontes.

4.3.4.3. Columna de optimización nº 3 (arcilla: cuatro capas,

altura 60 cm) Las columnas experimentales de optimización fueron diseñadas y construidas al mismo tiempo. En esta columna Nº 3 se experimentó incrementando los espesores de las capas, principalmente de arena y arcilla, aunque esto significara aumentar los costos de la cobertura y reponer una capa protectora contra la erosión, conformada con grava fina y arcilla.

Este diseño corresponde a una cobertura tipo CEBC de doble barrera capilar, pero con una capa de retención de humedad más gruesa, ya que

94

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

el espesor se había elevado levemente a 25 cm (incremento en capacidad de campo). Entre sus características se destaca que: la capa de arcilla no se mantendría saturada debido al clima semiárido de Oruro, la cobertura sólo debería impedir el ingreso de agua pero no serviría como barrera para la difusión de oxígeno. La posición de los sensores y las alturas de cada capa de cobertura se presentan en la figura 48-columna 3.

GRAVA FINA + ARCILLA

10 cm

ARENA

60 cm

5 cm 25 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm

ARCILLA

20 cm

GRAVA FINA

15 cm

5 cm

ARCILLA

50 cm

5 cm

5 cm 5 cm

20 cm

GRAVA FINA

5 cm 5 cm

SULFUROS

SULFUROS

COLUMNA 3

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

COLUMNA 4

FIGURA 48. Configuración de celdas de columna 3 y 4 para la optimización de la cobertura con arcilla, desmontes de San José.

La simulación y control de la lluvia artificial para las columnas 3 y 4 se extendieron por más tiempo, aspecto que se puede observar en la figura 49, que es una prolongación de la figura 39.

95

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

40

Precipitación, mm H2O

35 30 25 20 15 10 5 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

Tiempo, días FIGURA 49. Registro de carga de agua a las celdas de columna que simula un período de mucha una lluvia (del 1º de abril al 24 de mayo del 2010).

Los registros de humedad y presión obtenidos con esta columna son los siguientes (figuras 50 y 51): 16 14 12

Humedad, %

10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 50. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, columna de optimización Nº 3.

96

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 51. Perfil de presión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 3.

Estas dos figuras muestran que fue adecuado incrementar el espesor de las capas de arena y de arcilla en la base de la columna. Así se logró un mejor comportamiento de la columna bajo efecto de barrera capilar: mayor humedad en el sensor superior y humedad cercana a la residual en la capa de arena, después de 29 días de experimentación que simulaban un período de lluvia intensa. Sin embargo, En un período simulado de lluvia más prolongado, de 53 días, la capa de grava comenzó a tomar humedad pero posiblemente no suficientemente para llegar hasta los sulfuros.

Para evidenciar mejor este comportamiento, se construyeron los perfiles verticales de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 52 y 53).

97

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

5 cm

ARENA + ARCILLA GRAVA FINA

10 cm

65 60

5 cm

55 60 cm

50

Altura cobertura, cm

45 40

Día 4

35

Día 11

30 25

Día 20

20

Día 29

ARCILLA

25 cm

5 cm

20 cm

GRAVA FINA 5 cm

15

SULFUROS

10 5 0 0 50 100 150 200 250

% Humedad

COLUMNA 3

FIGURA 52. Perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 3.

5 cm 10 cm

65

ARENA + ARCILLA GRAVA FINA

60

5 cm

55

60 cm

50

Altura cobertura, cm

45 40

Día 4

35

Día 11

30 25

Día 20

20

Día 29

25 cm

ARCILLA 5 cm

20 cm

GRAVA FINA 5 cm

15

SULFUROS

10 5 0 0 50 100 150 200 250

Presión KPa

COLUMNA 3

FIGURA 53. Perfil vertical de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 3.

98

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

El perfil de humedad en función de la altura de la cobertura (figura 52) muestra claramente el efecto de barrera capilar entre las capas de arcilla y de arena. Esto debido a que no se alcanzó un nivel de continuidad hidráulica entre estas capas, al no sobrepasarse el grado de saturación en la base de la arcilla, a pesar del gradual desplazamiento de los perfiles de humedad hacia la derecha a medida que transcurría más tiempo.

El perfil vertical de la succión muestra en la capa de grava fina, ubicada en la base de la cobertura, desplazamientos de los perfiles hacia la derecha, conforme transcurre el tiempo. Eso causa que la succión en esa capa se acerque cada vez más al punto AEV de la capa de arcilla para provocar el inicio del drenaje de la arcilla. Este fenómeno empieza a suceder a partir de los 22 días de experimentación. Felizmente, la humedad máxima que alcanza la capa de grava fina no es muy alta, (menos del 8%). Por tanto, puede suponerse que esta cobertura puede proteger al desmonte sulfuroso de San José.

Este comportamiento favorable de la celda 3 se debió en gran parte a que disminuyó la intensidad de carga de lluvia a partir del día 29, aunque al inicio del ciclo la celda hubiera soportado la lluvia de máxima intensidad (pero esta máxima persistente no ocurrirá en la realidad). Por ello, es aceptable suponer que esta cobertura tendrá comportamiento eficiente.

4.3.4.4. Columna de optimización nº 4 (arcilla: tres capas,

altura 50 cm) El diseño de esta columna Nº 4 cambia los conceptos de los diseños anteriores. Se colocó en la parte alta de la cobertura una capa más gruesa de suelo: una mezcla de grava y arcilla en proporción 60% y 40%, respectivamente. Ella debiera funcionar como una capa contraria la erosión y favorable al almacenamiento de la humedad infiltrada, a pesar de la escorrentía superficial que tendrá la cobertura debido a los ángulos de inclinación de sus diferentes niveles. Al centro se colocó una capa de arcilla semiimpermeable de Iroco de 20 cm de espesor y en

99

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

la base, una de grava fina. Todas las capas fueron bien compactadas equivalente por lo menos a un test de compactación 80% Proctor.

La columna de optimización Nº 4 tiene un efecto de barrera capilar entre las capas de arcilla y de grava fina que evitaría el ingreso de humedad hacia los desmontes. En su funcionamiento se puede asimilar al comportamiento de una cobertura de desviación y descarga DD. La posición de los sensores y el espesor de cada capa ya se presentaron en la figura 48-columna 4. Los registros de humedad y presión se grafican en las figuras 54 y 55.

16 14

Humedad, %

12 10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 54. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 4.

100

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

250

Succión, Kpa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 55. Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 4.

Para evidenciar mejor el comportamiento señalado, se construyeron los perfiles verticales de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 56 y 57).

55 50

ARENA + ARCILLA

15 cm

ARCILLA

20 cm

40 35

Día 4

30

Día 11

25

Día 20

20

50 cm

5 cm

45 5 cm

GRAVA FINA

15 cm

5 cm

Día 29

15 10

SULFUROS

5 0 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

% Humedad

COLUMNA 4

FIGURA 56. Perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 4.

101

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

15 cm

55

ARENA + ARCILLA

50

Altura de la Cobertura (cm)

40 35

20 cm

GRAVA FINA

15 cm

5 cm

30

Día 4

25 20

Día 11

15

Día 20

10

ARCILLA

50 cm

5 cm

45

GRAVA FINA

5 cm

Día 29 SULFUROS

5 0 0 50 100 150 200 250

Presión KPa

COLUMNA 4

FIGURA 57. Perfil vertical de succión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 4.

El perfil de humedad en función de la altura de la cobertura (figura 56) muestra claramente el efecto de barrera capilar entre las capas de arcilla y de grava ya que no se alcanzó un nivel de continuidad hidráulica entre ambas.

El perfil vertical de la succión/presión muestra, en general, en la capa de grava fina (figura 57), un comportamiento distinto al de la arcilla, ya que existen desplazamientos de los perfiles hacia la derecha hasta el día 20 de la experimentación. Contrariamente, a partir de esa fecha, éstos se desplazan hacia la izquierda, porque a partir de ahí la succión se aproxima al punto AEV de la arcilla y empieza a drenarla parcialmente porque luego disminuye la succión.

Este comportamiento favorable de la celda 4 se debió, en gran parte, a la disminución de la intensidad de carga de lluvia a partir del día 29 y también al mejor comportamiento de la capa protectora de grava y arcilla que retardó las infiltraciones. El efecto de barrera capilar entre la capa base de grava fina y la inmediata de arcilla resultó bien marcado.

102

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Por ello, es aceptable suponer que esta cobertura tendrá comportamiento eficiente.

4.3.4.5. Columna de optimización nº 5 (arcilla: tres capas,

altura 50 cm) La columna 5 con sus capas, espesores y sensores, fue armada según el esquema de la figura 58-columna 5.

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm

GRAVA ARCILLOSA

15 cm

50 cm

ARCILLA

20 cm

ARCILLA

20 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm

50 cm

5 cm

5 cm

5 cm

5 cm

GRAVA FINA + ARCILLA

15 cm 5 cm

5 cm

SULFUROS

SULFUROS

COLUMNA 5

COLUMNA 6 Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

FIGURA 58. Configuración de celdas de columna 5 y 6 para la optimización de la cobertura con arcilla, desmontes de San José.

La figura 59 muestra la carga de agua vertida a las celdas de las columnas 5 y 6, carga que simula experimentalmente un periodo de lluvias relativamente intensas y frecuentes en Oruro (del 27 de abril al 30 de julio del 2010).

103

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

80

Precipitación, mm H2O

70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tiempo, días FIGURA 59. Control precipitación pluvial para las columnas 5 y 6.

Para el diseño de la columna de optimización Nº 5 se evaluaron las tendencias de comportamiento de las cuatro columnas anteriores, recogiendo de cada una de ellas los aspectos más favorables para la protección de los desmontes de San José.

Se buscó aumentar la resistencia de la cobertura a la erosión y subir su impermeabilidad, añadiendo arcilla de Iroco a las dos capas de grava fina en una proporción 40% de arcilla y 60% de grava fina. También se buscó comparar su comportamiento con una nueva muestra de grava arcillosa, procedente del banco de San Juan Pampa, que proporcionó COMIBOL para construir la columna 6.

Finalmente, se deseaba conocer el comportamiento hidráulico de esta nueva conformación de la cobertura para que luego sirviera de guía para comparar los costos de transporte de los materiales componentes para la construcción de esta cobertura en el terreno de los hechos.

Los resultados que se obtuvieron con esta celda, en el tiempo que duró la experimentación, se muestran en las figuras 60 y 61.

104

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

16.00 14.00

Humedad, %

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 60. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 5.

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 61. Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 5.

De los gráficos se puede deducir que la configuración de la columna 5 y los materiales seleccionados para conformar cada capa han logrado el objetivo de evitar ingreso de humedad hacia la capa de grava fina en la base de la columna.

Para evidenciar mejor este comportamiento, se construyeron los perfiles verticales de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 62 y 63).

105

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

50 45

GRAVA FINA+ARCILLA

Altura de la cobertura, cm

40 35

Día 0 Día 3 Día 6 Día 10 Día 20 Día 50

30 25 20 15 10

ARCILLA

GRAVA FINA+ARCILLA

SULFUROS

5 0 0.00 5.00 10.00 15.00

COLUMNA 5

Succión/presión

FIGURA 62. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 5.

50

GRAVA FINA+ARCILLA

45

Altura de la cobertura, cm

40 35

Día 0 Día 3 Día 6 Día 10 Día 20 Día 15 Día 29

30 25 20 15 10 5 0

0 50 100 150 200 250

Succión KPa

ARCILLA

GRAVA FINA+ARCILLA

SULFUROS

COLUMNA 5

FIGURA 63. Perfil de presión/succión en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 5.

El perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura, muestra el buen funcionamiento de la barrera capilar. La capa de grava fina + arcilla de la base se mantiene insaturada, con un promedio de humedad bajísimo cercano al 5%, lo cual evitará el ingreso de humedad

106

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

hacia los desmontes. Ello debido a la baja conductibilidad hidráulica de esa capa bajo condiciones no saturadas.

El perfil vertical de la succión muestra el quiebre de la presión/succión entre la capa de arcilla y la de grava fina + arcilla, debido al efecto de la barrera capilar. Como las presiones/succiones en la base de la cobertura son más altas que el punto de succión crítica en la grava, y mientras no se sature completamente la capa de arcilla, el agua no empezará a filtrar significativamente hacia la base de la cobertura. Esto último no ocurrió en el experimento porque el nivel de humedad en la base de la capa de arcilla fue bajo e inferior al punto AEV. 4.3.4.6. Columna de optimización nº 6 (grava arcillosa: tres capas, altura 50 cm) La columna 6 fue armada siguiendo el esquema que de la figura 58. Ella se caracteriza por emplear una grava arcillosa natural, proveniente del banco de San Juan Pampa, y que, por su naturaleza, ya no requería la conformación de una mezcla de grava + arcilla.

Los resultados obtenidos con esta celda, en el tiempo que duró la experimentación, se muestran en las figuras 64 y 65.

107

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

16.00 14.00

Humedad, %

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 64. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 6.

200 180

Succión, KPa

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88

Tiempo, Días Nivel Superior

Nivel Intermedio

Nivel Inferior

FIGURA 65. Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de optimización Nº 6.

De los gráficos se puede deducir que: La columna 6 no tiene el buen comportamiento observado en la columna 5, a pesar de compartir el mismo diseño, debido a las diferentes propiedades hidráulicas de sus materiales.

108

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La capa de grava arcillosa de la base adquiere niveles de humedad muy altos, capaces de trasmitir humedad hacia los materiales del desmonte de San José.

La capa de grava arcillosa superior tampoco es eficaz para reducir la infiltración de humedad hacia la capa central de arcilla de la cobertura.

Para evidenciar mejor esta deficiencia, se construyeron los perfiles verticales de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 66 y 67).

50 45

GRAVA ARCILLOSA

Altura cobertura, cm

40 35

ARCILLA

30

Día 0

25

Día 2

20

Día 5

15

Día 9

10

Día 30

5

Día 70

GRAVA FINA + ARCILLA

SULFUROS

0 0.00 5.00

10.00

15.00

% Humedad

COLUMNA 6

FIGURA 66. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de optimización Nº 6.

109

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

50 45

GRAVA ARCILLOSA

40

Altura cobertura, cm

35

Día 0

30

ARCILLA

Día 2

25

Día 5

20

Día 9

15

Día 30

GRAVA FINA + ARCILLA

Día 70

10

SULFUROS

5 0 -10 40 90 140 190

Presión/Succión KPa

COLUMNA 6

FIGURA 67. Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura en la celda de optimización Nº 6.

El perfil vertical de humedad en función de la altura de la cobertura muestra que los incrementos de la humedad en la base de la cobertura son casi similares a las variaciones de humedad en el techo de la cobertura.

El perfil vertical de presión/succión muestra cómo se nivelan las presiones en los tres niveles de sensores, después de 20 días de experimentación. Esto facilita la continuidad hidráulica entre las tres capas puesto que desaparece gradualmente el efecto de barrera capilar. Se alcanza así un perfil de equilibrio estático.

4.3.5. Conclusiones: coberturas con arcilla • Para la restauración de los desmontes de San José se probaron siete diseños de coberturas de efecto de barrera capilar. Al menos una de las capas estaba conformada por arcilla, por lo que se denominó a esta serie de pruebas “coberturas con arcilla”.

110

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• La primera columna experimentada fue denominada “columna base” que incluía el uso de suelo cuaternario y que tenía una altura total de 85 cm. A pesar de su buen comportamiento hidráulico, fue desechada por no disponerse de suficiente suelo cuaternario en el área de San José y por el alto costo que significaría colocar 85 cm de espesor de cobertura.

• De las seis columnas de optimización experimentadas, la columna que mostró mejor comportamiento hidráulico es la columna 5. Además ella incluye en su diseño mejor resistencia a la erosión eólica e hídrica.

• Para el buen funcionamiento de la columna 5 fue necesario mantener el espesor de las capas, principalmente, de la capa de arcilla en 20 centímetros como mínimo. También la altura total de la cobertura de techo, con un espesor de 50 centímetros.

• Es desaconsejable utilizar, para instalar las coberturas de arcilla, materiales distintos a los probados en laboratorio y simulados en su comportamiento mediante modelos. Hacerlo implicaría el riesgo de que esos materiales, a pesar de tener características parecidas a los probados, tengan comportamientos hidráulicos no adecuados, como fue el caso de la columna 6.

• El diseño de la cobertura 5 (columna 5) protegerá los desmontes de San José contra la infiltración de agua y evitará la formación de DAR. Sin embargo, no impedirá el ingreso de oxígeno, porque no se mantendrá el carácter de saturación necesario en la capa de arcilla para impedir la difusión de oxígeno a través de la cobertura.

• No se pudo controlar las celdas experimentales hasta la etapa de evaporación de la humedad para así evaluar la capacidad de descarga de las columnas. Esto se debió a la premura de tiempo y a la falta de sensores para continuar con los controles de hielo-deshielo de las muestras de arcilla. Por lo tanto, se insiste en que no se deben utilizar arcillas distintas a las probadas experimentalmente.

111

5. COBERTURAS HARD PAN 5.1. FUNDAMENTOS Cuando existen pasivos mineros de diques de colas en climas áridos o semiáridos, la erosión eólica e hídrica puede contaminar suelos aledaños a aquéllos, transportando partículas finas sueltas hacia terrenos agrícolas o predios urbanos circunvecinos. Fenómeno que causa molestias e impactos ambientales negativos.

En otros casos, la capa fina de la cobertura de los residuos mineros puede ser erosionada por los mismos agentes atmosféricos o debido al diseño inadecuado de una cobertura lateral, también pueden presentarse problemas de estabilidad física en la cobertura sobre la pendiente. En todos estos casos, una capa de cobertura tipo hard pan puede mejorar la eficiencia de las intervenciones planificadas.

El diseño de una cobertura debe ser hecho para que resista a largo plazo todas las fuerzas que amenazan a su estabilidad. Si los suelos que conforman la cobertura no tienen las propiedades adecuadas o si se carece de otros materiales, queda la posibilidad de mejorar su resistencia mezclándolos adecuadamente. Esta mezcla formará zonas cementadas

113

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

(hard pan) para limitar la infiltración de oxígeno y agua en el sistema de cobertura y le dará más resistencia mecánica a la erosión.

La adición de substancias aglutinantes para formar la costra no debe incidir significativamente en el costo, por eso se emplean corrientemente cenizas volantes, residuos de la combustión del carbón, porque un desecho no tiene precio o su puesta en obra representa bajo costo. En nuestro caso, no existe ese material, por lo que se tuvo que utilizar cal y cemento para fabricar estos suelos duros. Los resultados obtenidos internacionalmente con la colocación de hard pan en coberturas sobre colas de flotación a nivel piloto, han alentado a realizar estudios con escala real.

Hay numerosos ejemplos de colocación de capas de hard pan. En unos casos esa capa es de 5 cm de espesor y recubre exteriormente la cobertura (para evitar erosión). En otros, la capa de hard pan se coloca directamente sobre el residuo minero en la base de la cobertura para evitar que los minerales neoformados precipiten masivamente en este estrato compuesto de yeso y jarositas: se aíslan así los sulfuros de la meteorización y se reduce la liberación de metales al medio ambiente.

5.2. ANTECEDENTES Técnicos de COMIBOL reportaron que en las restauraciones de diques de colas que realizaron en Santa Ana de Chocaya, lograron mejorar las propiedades físicas de la cobertura en las pendientes laterales, añadiendo aglutinantes al suelo. Por este antecedente, en coordinación con los ingenieros Carlos Dorado, Lourdes Padilla y Wilson Loza, se decidió realizar pruebas de coberturas de techo del tipo hard pan con suelocemento y suelo-cal.

La literatura recomienda utilizar determinadas proporciones de mezclas de suelo y morteros, dependiendo del uso que luego se quiera dar al suelo. En nuestro particular caso, el uso deseado para la capa hard pan, como componente de la cobertura, era mejorar la resistencia a la

114

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

erosión hídrica y eólica, mejorar la estabilidad de taludes y, sobre todo, conocer el comportamiento hidráulico de una cobertura que incorpore una o más capas de hard pan.

Como punto de partida, se consideró iniciar las pruebas con mezclas de suelo-cemento y suelo-cal al 10% del aglutinante, en base a la referencia bibliográfica de la AASHO2.

La cantidad de cemento puede variar entre el 2% y 25% del peso seco de la mezcla. El promedio es del 10 % y se procura que no pase del 15 % por razones económicas. La tabla 11 proporciona el rango normal de cantidades de cemento requeridas para los varios tipos de suelos.

GRUPO DE SUELO SEGÚN AASHTO

% por volumen

% por peso

A-1-a

5-7

3-5

A-1-b

7-9

5-8

A-2-4

7 - 10

5-9

A-2-5

7 - 10

5-9

A-2-6

7 - 10

5-9

A-2-7

7 - 10

5-9

A-3

8 - 12

7 - 11

A-4

8 - 12

7 - 12

A-5

8 - 12

8 - 13

A-6

10 - 14

9 - 15

10 - 14

10 - 16

A-7

Fuente: AASHTO TABLA 11. Cantidades de cemento requeridas según el tipo de suelo.

2 American Association of State Highway and Transportation Officials

115

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

5.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El primer paso para formar las capas de hard pan fue seleccionar el tipo de suelo a utilizar, luego determinar las condiciones de mezcla y de compactación más favorables para mejorar la dureza de tales capas.

La selección de suelos se realizó considerando la aplicación de estas coberturas para la restauración de los desmontes de Santa Fe y Morococala, porque allí no hay suficiente variedad de suelos para conformar las coberturas. Por esta razón se seleccionaron los suelos del distrito minero de Santa Fe del tipo limo-arcilloso para obtener las mezclas de suelo-cemento y suelo-cal.

Se realizaron pruebas de compactación con estas mezclas (fotografía 17) para lograr adecuadas proporciones de agua, suelo-cemento y suelo-cal, y para lograr un adecuado grado de compactación. Estas pruebas fueron reconfirmadas por ensayos en los laboratorios de suelos de la FNI y de la UMSA.

(A)

(B)

FOTOGRAFÍA 17. (A) y (B): Equipo usado para determinar la cantidad necesaria de agua para las mezclas de suelocemento-agua y de suelo-cal-agua.

116

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

(A)

(B)

FOTOGRAFÍA 18. Armado y ubicación de los instrumentos de control en columnas experimentales: (A) nivel inferior, (B) nivel intermedio.

(A)

(B)

FOTOGRAFÍA 19. Parte final de la compactación: (A) suelo-cemento,(B) suelo-cal.

La fotografía 20 muestra las dos columnas concluidas en la etapa de curado, protegidas por ser época de lluvias. Ambas deberán ser posteriormente sometidas a la simulación de máxima lluvia artificial y posteriormente a la precipitación natural.

117

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 20. Celdas de columnas con coberturas de suelo-cemento y suelo-cal, en proceso de curado.

Junto a estas dos columnas, se armó una tercera del tipo SDR pero sin hard pan, con la misma altura total de cobertura. El objetivo era comparar y ver si se puede reducir y optimizar la altura total de la cobertura. Estas tres celdas experimentales de columna se armaron en el patio de la Carrera de Metalurgia. Las dos primeras columnas con la capa de hard pan se armaron según el esquema de la figura 68.

SUELO + CEMENTO

20 cm

SUELO CANCHA ITOS

20 cm

SUELO + CEMENTO

SUELO CANCHA ITOS

60 cm

60 cm

5 cm

5 cm

GRAVA FINA

GRAVA FINA

20 cm

5 cm

SULFUROS

COLUMNA SUELO - CEMENTO

SULFUROS

COLUMNA SUELO - CEMENTO COLUMNA SUELO - CAL Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

FIGURA 68. Configuración de la celda suelo-cemento y la de suelo-cal, desmontes de Santa Fe, Itos o San José.

118

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

En la parte superior de la cobertura, ligeramente por encima de la superficie de la columna, se practicaron orificios de drenaje en los turriles que contenían las coberturas de suelo-cemento o suelo-cal para posibilitar la salida del agua que no se infiltrara, simulando una escorrentía lateral.

Este detalle de ambas columnas puede verse en la figura 69.

4 mm de diámetro 2 mm

Orificios para salidas eventuales de agua por escorrentía

COBERTURA

Segmento de columna visto de frente

COBERTURA

Visto de arriba

FIGURA 69. Detalle de construcción de las columnas suelo-cemento y suelo-cal.

La precipitación pluvial a la que se sometieron estas columnas fue simulando la máxima lluvia ocurrida en los últimos 50 años, en forma similar a lo realizado con otras columnas. Luego de ello se procedió al control con precipitación natural, del siete de febrero al quince de marzo del 2010, ya que las pruebas se realizaron durante la época de lluvias. Este detalle de la precipitación pluvial está graficado en la figura 70.

Precipitación, mm H2O

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días FIGURA 70. Control de precipitación pluvial para tres columnas: suelo-cemento, suelo-cal y columna SDR (del 07-02 al 15-03-2010).

119

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

5.4. COBERTURA SUELO-CEMENTO Esta columna fue diseñada con tres capas: una de hard pan de suelocemento en el techo de la cobertura y, otra, como barrera capilar, de suelo fino (sin aglutinante), y una inferior de grava fina. El objetivo de la prueba era conocer el comportamiento hidráulico de la capa de hard pan y evaluar cuánto contribuye a la eficiencia de la barrera capilar subyacente.

Los bancos de suelos en Santa Fe y Morococala son escasos, por ello la capa de grava fina pudo ser reemplazada por colas granzas de jig.

El tipo de suelo empleado en estas pruebas para preparar la mezcla de suelo-cemento y de suelo-cal para la capa del hard pan, corresponde a la muestra de suelo limo-arcilloso, proveniente del banco de préstamo del distrito minero de Santa Fe. Durante la realización de las pruebas se observó que al cargar la columna con el agua equivalente a la máxima precipitación de 24 hrs. hubo una descarga por los orificios laterales (escorrentía lateral equivalente al 61,5% de la precipitación. Igualmente, durante el período de lluvia normal hubo descargas laterales (equivalente a una escorrentía lateral), como muestra la tabla 12. Este fenómeno evidenció la baja conductibilidad hidráulica de las capas de hard pan.

120

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

DÍA DEL EVENTO

CARGA DE AGUA A CADA CELDA Lluvia (mm)

DESCARGA LATERAL POR ORIFICIOS SUPERIORES DE LA COLUMNA (%) Celda Suelo-cemento

Celda Suelo-cal

Celda SDR (de comparación)

08-02-2010

66,7

61,5%

58,8%

25,2%

09-02-2010

25,1

56,4%

55,7%

12,4%

10-02-2010

23,2

57,5%

56,2%

14,6%

12-02-2010

20,0

55,7%

54,5%

10,0%

13-02-2010

15,1

44,5%

40,3%

6,2%

25-02-2010

8,0

14,5%

12,5%

0,0%

27-02-2010

22,0

25,3%

20,6%

7,5%

28-02-2010

56,0

65,5%

63,5%

30,0%

01-03-2010

32,1

66,5%

65,8%

28,5%

02-03-2010

10,1

20,5%

18,5%

0,0%

TABLA 12. Descargas laterales en celdas experimentales de la serie hard pan, equivalentes a escorrentía lateral.

Los resultados obtenidos con esta celda, en el tiempo que duró la experimentación, se muestran en las figuras 71 y 72.

20 18 16

Humedad, %

14 12 10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 71. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna con suelo-cemento.

121

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días

Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 72. Perfil de presión/succión en función del tiempo de experimentación, celda de columna suelo-cemento.

De los gráficos se puede deducir que: La capa de suelo-cemento, colocada como techo de la cobertura, retardó la infiltración de agua hacia las capas inferiores, debido a que tenía un coeficiente de conductibilidad hidráulica muy bajo. Esto motivó que ella demore más de 20 días en saturarse, impidiendo el ingreso de humedad a la siguiente capa inferior y favoreciendo, más bien, la descarga lateral de escorrentía.

La capa de suelo (cancha Itos) empezó a registrar humedad en el sensor superior, recién después de 20 días de pruebas, debido a que la succión que ejercía sobre la interfase “hard pan - suelo de Itos” era muy alta (200 KPa).

El sensor intermedio, colocado a 5 cm encima de la barrera capilar suelo-grava fina, no registró ingreso de humedad. Por el alto valor de la succión mostrado en ese nivel, se puede asegurar que la capa se encontraba en la zona de marchitez o sequedad.

122

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Finalmente, el sensor inferior colocado en la capa de grava fina tampoco registró humedad, mostrando así el buen desempeño de la cobertura en las condiciones experimentales a las que fue sometida.

Para evidenciar mejor este comportamiento, se construyeron los perfiles verticales de humedad y de succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 73 y 74).

60

día 0 día 21 día 35 día 11

Altura de cobertura, cm

50 40 30

SUELO + CEMENTO

SUELO CANCHA ITOS

GRAVA FINA

20 10

SULFUROS

0 0 5 10 15 20

% Humedad

COLUMNA SUELO-CEMENTO

FIGURA 73. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cemento.

El perfil de humedad, en función de la altura de la cobertura muestra que: La capa de hard pan formada con la mezcla de suelo-cemento formó una barrera capilar con la capa subyacente de suelo, provocando así una infiltración retardada y disminuida hacia la parte superior de la capa de suelo Itos. Si se hubieran colocado sensores en la base de la capa suelo-cemento, se habría registrado la evidencia de la conformación de esta primera barrera capilar.

123

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Como la infiltración de humedad hacia la capa de suelo Itos fue muy reducida y su capacidad de campo fue muy alta para tan poca infiltración, el espesor de 20 cm asignado a esta capa resulta más que suficiente para proteger los desmontes.

La segunda barrera capilar, entre las capas de suelo Itos y de grava fina, constituye una medida de seguridad para que no ingrese humedad a los desmontes, en caso de producirse una carga de lluvia mayor a la experimentada.

60

SUELO + CEMENTO

Altura cobertura, cm

50 40

día 0 día 21 día 35 día 11

30 20 10

SUELO CANCHA ITOS

GRAVA FINA

SULFUROS

0 0 50 100 150 200 250

Succión KPa

COLUMNA SUELO-CEMENTO

FIGURA 74. Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cemento.

Los perfiles verticales de succión explican por qué no ingresó humedad a la base de la capa de suelo Itos ni a la capa de grava fina: esas capas estaban en la zona de marchitez, sometidas a muy baja humedad y alta succión.

Las variaciones de la presión/succión deben ser interpretadas en cada nivel de los sensores, debido a que no se colocaron sensores a intervalos más reducidos que mostraran el desplazamiento de los perfiles verticales de la succión. Con esta aclaración, se observa que en el nivel supe-

124

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

rior, inicialmente, aumentó la succión, provocando la desaturación de la capa superior de hard pan. Pero cuando empezó a ingresar humedad en ese nivel y a elevarse el contenido volumétrico de agua, disminuyó la succión, frenando la infiltración. Esto se debía a que la succión en el nivel intermedio se mantenía inalterable en la marchitez o la humedad residual, porque no había humedad en las capas superiores desde donde succionarla.

5.5. COBERTURA SUELO-CAL Esta columna fue diseñada con tres capas: una de hard pan de suelo-cal en el techo de la cobertura, otra, como barrera capilar, de suelo fino (sin aglutinante), y una inferior de grava fina. Los espesores de las distintas capas y la posición de los sensores ya quedaron ilustrados en la figura 68. El procedimiento de caracterización, montaje y experimentación fueron idénticos a los de la celda de suelo-cemento.

Los registros de humedad y presión son los siguientes:

250

% Humedad

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 75. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna con suelo-cal.

125

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días

Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 76. Perfil de presión/succión en función del tiempo de Experimentación, celda de columna suelo-cal.

De los gráficos se puede colegir que: La celda con hard pan de suelo-cal se comportó hidráulicamente de manera muy parecida a la de suelo-cemento, aunque se notó una diferencia en la curva del perfil longitudinal de variación de la succión, porque en la celda de suelo-cal los sensores de nivel superior y medio registraron el mismo comportamiento incluso hasta el día 22 de la experimentación.

Pero el resultado final de evitar ingreso de humedad hacia la capa de grava fina fue el mismo.

La principal diferencia que se observó fue la consistencia y dureza de la capa de suelo-cal que fue menor a la de suelo-cemento. Por ello, es posible que su resistencia a la erosión eólica e hídrica, así como su resistencia a los ciclos de hielo-deshielo y de secado-humedad, sea también menor.

Para evidenciar mejor este comportamiento, se construyeron los perfiles verticales de humedad y de succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 77 y 78).

126

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

60

SUELO + CAL

HARD PAN SUELO CAL

Alta cobertura, cm

50

SUELO CANCHA ITOS

40

día 0 día 11 día 21 día 35

30 20

GRAVA FINA

SUELO DE ITOS 10

GRAVA FINA 0

SULFUROS

0 5 10 15

% Humedad FIGURA 77. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cal.

El perfil de humedad en función de la altura de la cobertura confirma que: La capa de hard pan formada por la mezcla de suelo-cal también formó una barrera capilar con la capa subyacente de suelo, provocando una infiltración retardada y disminuida hacia la parte superior de la capa de suelo Itos. Si se hubiera colocado sensores en la base de la capa suelocal habría quedado registrada la evidencia de la conformación de esta primera barrera capilar.

Como la infiltración de humedad hacia la capa de suelo Itos fue muy reducida y su capacidad de campo fue muy alta para tan poca infiltración, el espesor de 20 cm asignado a esta capa resulta más que suficiente para proteger los desmontes.

La segunda barrera capilar, entre las capas de suelo Itos y de grava fina, constituye una medida de seguridad para que no ingrese humedad a los desmontes, en caso de producirse una carga de lluvia mayor a la experimentada.

127

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

60

SUELO + CAL 50

Altura cobertura, cm

HARD PAN SUELO CAL

SUELO CANCHA ITOS

40

día 0 día 11 día 21

30 20

GRAVA FINA

SUELO DE ITOS 10 0

GRAVA FINA

SULFUROS

0 50 100 150 200 250

Succión, KPa FIGURA 78. Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura, celda de suelo-cal.

Los perfiles verticales de succión explican por qué no ingresó humedad a la base de la capa de suelo Itos ni a la capa de grava fina: esas capas estaban en la zona de marchitez, sometidas a muy baja humedad y alta succión.

5.6. COBERTURA DE COMPARACIÓN SDR Para evaluar si las coberturas con hard pan de suelo-cal y de suelocemento tenían ventajas hidráulicas frente a una cobertura de efecto de barrera capilar, SDR, se montó una columna con cobertura SDR de dos capas, sin hard pan, conforme a la figura 79. En este caso la cobertura tiene sólo dos capas: una de suelo fino (suelo de Itos) y otra de grava fina para crear la barrera capilar propia de una cobertura. SDR. La altura de la capa de grava fina era de 20 cm como en las celdas de hard pan. La altura del suelo fino se fijó en 40 cm que correspondía a los mismos 40 cm del suelo más la capa hard pan de la figura 75.

128

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La experimentación en la columna de comparación SDR fue realizada al mismo tiempo y en las mismas condiciones que en las dos columnas anteriores con techo de hard pan.

SUELO CANCHA ITOS

40 cm

60 cm

20 cm

5 cm

GRAVA FINA

20 cm

5 cm

SULFUROS

COLUMNA - COBERTURA SDR Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión FIGURA 79. Configuración de la celda de control con cobertura tipo SDR para los desmontes de San José.

129

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Los registros de humedad y presión son los siguientes:

20 18 16

% Humedad

14 12 10 8 6 4 2 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 80. Perfil de humedad en función del tiempo de experimentación, celda de columna tipo SDR.

250

Succión, KPa

200 150 100 50 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tiempo, días Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 81. Perfil de presión/succión en función del tiempo de Experimentación, celda de columna tipo SDR.

De las figuras 80 y 81 se puede colegir que:

130

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La cobertura de comparación SDR ofrece una muy buena protección al impedir el ingreso de agua hacia la capa de grava fina. El espesor de suelo fino (material cancha de Itos) de 40 cm es suficiente para almacenar la carga de agua infiltrada a la columna.

La cobertura funciona bien bajo el modelo SDR porque permite eliminar la humedad acumulada por evaporación, cuando las condiciones ambientales le son favorables (después del día 21 de la experimentación).

Los sensores de humedad en los tres niveles (superior, intermedio e inferior) mostraron registros muy similares a los de las coberturas con suelocemento y suelo- cal, demostrando que el comportamiento de los perfiles horizontales y verticales de la humedad es muy similar en los tres tipos de celdas.

El sensor de succión del nivel intermedio en la celda de comparación SDR mostró un comportamiento distinto al de las otras dos columnas.

Registró valores más próximos al sensor en la capa de grava fina, en vez de acercarse a los valores del sensor del nivel superior como sucedió en las columnas de hard pan. Esto se explica porque: la altura de la capa de suelo es mucho más elevada en la celda SDR (40 cm), mientras que en las otras es de 20 cm; la humedad quedó retenida sólo en la parte superior de la cobertura, quedando humedad residual (seca) la parte inferior de la capa de suelo y la capa de grava fina.

Para evidenciar mejor este comportamiento, se construyeron los perfiles de humedad y succión en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figuras 82 y 83).

131

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

60

Altura cobertura, cm

50

SUELO CANCHA ITOS

SUELO CANCHA ITOS 40

día 0 día 11 día 21 día 35

30 20

GRAVA FINA

10

GRAVA FINA

SULFUROS

0 0 5 10 15 20

% Humedad

COLUMNA COBERTURA SDR

FIGURA 82. Perfil de humedad en función de la altura de la cobertura tipo SDR.

El perfil vertical de humedad muestra el quiebre en la gradiente de humedad por efecto de la barrera capilar. Ello debido a que no permitir ingreso de agua a la capa de grava fina que se mantiene desaturada durante todo el período de experimentación. Además los sensores de humedad de los niveles intermedio e inferior mostraron que la cobertura se mantenía con humedad residual (prácticamente seca) durante todo el tiempo de experimentación (muy buena protección anti DAR).

132

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

60

Altura cobertura, cm

50

SUELO CANCHA ITOS

40

SUELO CANCHA ITOS 30 20

día 0 día 3 día 11 día 21 día 35

GRAVA FINA

10

GRAVA FINA

SULFUROS

0 0 50 100 150 200 250

Succión, KPa

COLUMNA COBERTURA SDR

FIGURA 83. Perfil de succión/presión en función de la altura de la cobertura SDR.

El perfil vertical de la succión también muestra líneas quebradas, típicas de una barrera capilar, significando discontinuidad hidráulica en las capas donde están emplazados los censores.

5.7. CONCLUSIONES: COBERTURAS TIPO HARD PAN • Las coberturas estudiadas de tres capas, cuyas capas superiores estaban conformadas por mezclas de suelo-cemento o suelo-cal, mostraron un efecto hard pan (costra dura) resistente a la erosión eólica e hídrica, favorable para la estabilidad física de las coberturas.

• Las capas de suelo-cemento y de suelo-cal mostraron también que favorecen la escorrentía lateral hasta en un 61% de la precipitación máxima de 24 horas. Se disminuía así la humedad que ingresaba a los niveles inferiores de la cobertura.

• Ambas capas conformaron el efecto de barrera capilar con la capa subyacente inmediata, provocando el beneficio de reducir y, a veces, impedir el ingreso de humedad a las capas inferiores.

133

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• No se optimizó la cantidad de aglomerante (cemento o cal) para obtener una capa hard pan suficientemente resistente a la erosión eólica e hídrica. Solamente se probó una mezcla de suelo-aglomerante de 10%, recomendada por la literatura para los suelos de granulometría próxima al tipo de suelo empleado (Itos).

• Una capa solitaria de hard pan, del tipo y composición estudiados (suelo-cemento y suelo-cal), es insuficiente para impedir el ingreso de humedad hacia los residuos o desmontes sulfurosos que se desean proteger. Es necesario colocar una cobertura de tres capas, con efecto de barrera capilar: la capa inferior conformada con material de grano grueso (grava fina, arena gruesa o colas de jigs no sulfurosas), la segunda capa con suelo cuaternario, limo arcilloso parecido al de Itos o Frankeita, y la tercera capa de hard pan como techo de la cobertura. Los espesores mínimos para cada una de estas capas ya fueron detallados en la figura 68.

• La ventaja de una cobertura con capa hard pan de suelo-cemento o de suelo- cal, del tipo estudiado y bajo las condiciones experimentales probadas, radica en mejorar la resistencia a la erosión de la cobertura y en favorecer la escorrentía lateral.

• La desventaja radica en el costo que pueda significar la cantidad de cemento o cal para formar la capa de hard pan.

• No se estudió la influencia del espesor de la capa hard pan, pero se observó que sería inconveniente utilizar espesores menores a los 20 cm.

• La cobertura SDR sin capa hard pan protege contra la infiltración de humedad de manera equivalente a las coberturas con hard pan, pero requiere mantener una altura de suelo cuaternario, como la que se señaló en la figura 79.

134

6. COBERTURAS LATERALES (PARA PENDIENTES)

6.1. IMPACTO DE LA PENDIENTE Muchos factores influyen en el comportamiento hidráulico de una cobertura en pendiente, pues en el mundo real suelen presentar gradientes que varían desde moderadas hasta empinadas. En estas condiciones, se deben considerar los efectos de los flujos verticales y horizontales en suelos no saturados, con declive uniforme, incluso si la cobertura está conformada por varias capas de suelos. Este cuidado se debe a que el grado de saturación en la capa de suelo de grano fino no se mantiene constante y puede alcanzar niveles altos, sobre todo cerca a la base de la pendiente, afectando así la estabilidad física y la difusión de gases En la Universidad Técnica de Oruro se han investigado varias opciones para la colocación de coberturas en los taludes laterales donde se deben enfrentar problemas de estabilidad, erosión, eficiencia de la cobertura, obras auxiliares y costos, entre otros.

Para ello, actualmente se están estudiando los siguientes aspectos: • Mejora de la estabilidad por corrección del perfil.

135

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Colocación de geoceldas sintéticas para evitar erosión y mejorar la estabilidad.

• Construcción de andenes o terrazas con muros de mampostería.

• Cobertura lateral con hard pan de grava arcillosa.

En el presente informe se examinan dos modelos de cobertura lateral para dar protección de los taludes de los desmontes: • Cobertura con sistema de andenes o terrazas, tipo Machu Picchu.

• Cobertura inclinada del tipo SDR.

6.2. COBERTURA CON SISTEMA DE ANDENES, TIPO MACHU PICCHU Para experimentar con el tipo de cobertura tipo Machu Picchu se seleccionó un suelo con 60º de talud, porque esa pendiente es frecuente en los diques de colas abandonados, como los de Frankeita. Sobre ese suelo se construyó una celda experimental de tres andenes, con muros de mampostería de piedra de diferente naturaleza: el primero, con argamasa de cal y arena, el segundo, sólo con barro como aglutinante, y el tercero, sólo con piedra seca. El objetivo del experimento era considerar la estabilidad de los muros y acumular información para el análisis de costos. La fotografía 21 muestra esta disposición.

La piedra seleccionada para esta construcción fue piedra bruta de la cantera de San Pedro de Oruro. Pero, según los casos, pueden emplearse otros tipos de piedra de diferentes lugares o, incluso, armar gaviones con piedra manzana.

136

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFÍA 21. Cobertura de andenes o terrazas con mampostería de piedra, el andén inferior forma la plataforma Nº 1.

Una vez concluida la construcción de los muros y plataformas, se procedió a regar las plataformas, simulando la máxima precipitación pluvial dentro de los últimos 50 años, en forma similar a las anteriores experimentaciones.

Las fotografías 22 a 24 ilustran el riego de las plataformas, riego que simula la máxima precipitación pluvial. Esta labor se realizó en un lapso de 24 horas, dividido en tres etapas.

FOTOGRAFÍA 22. Terrazas en la fase de riego.

137

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 23. Riego de las terrazas, bajo la supervisión del personal técnico de UTO.

FOTOGRAFÍA 24. Riego de la terraza inferior.

Esta cobertura lateral con andenes fue diseñada bajo el esquema de una cobertura SDR. Se buscaba así que favoreciera la escorrentía lateral, retuviera la humedad infiltrada en el suelo sólo dentro de la capa de suelo fino (suelo de la cancha de Itos), evitando que penetre a la capa de grava que hace el efecto de barrera capilar. Es decir, la estructura debía probar que podía proteger los desmontes sulfurosos que quedaran por debajo de ella.

138

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

La capacidad de retención de humedad de la capa fina fue establecida para que soporte una lluvia máxima de 24 horas, totalmente infiltrada a través de la capa fina. Sin embargo, debido a la inclinación de dos grados que se dio a las plataformas en el sentido longitudinal y de tres grados en el transversal, la escorrentía superficial fue muy alta durante la prueba de lluvia máxima, superando el 40%. La elevada escorrentía ocurrió a pesar de que inicialmente la cobertura estaba seca (simulando las condiciones áridas de Oruro, al inicio de una época de lluvias que luego podría provocar una infiltración máxima).

Esta cobertura fue instrumentada, en las tres terrazas, con todos los sensores para medir la humedad y succión a diferentes niveles. Luego se procedió al registro de su comportamiento bajo condiciones de lluvia extrema simulada de 24 horas. Para ello se regaron las plataformas con una cantidad de agua equivalente a 66.7 mm de columna sobre la superficie de cada una de las plataformas. Posteriormente, como había comenzado ya el período de lluvias en Oruro, se siguió monitoreando el sistema bajo las condiciones de lluvia natural (que ese 2010 resultó muy abundante en Oruro).

Se instalaron instrumentos de medición de humedad y succión solamente en dos niveles de cada terraza, ya que el comportamiento hidráulico del suelo de la cancha de Itos, utilizado para conformar la capa fina, ya era conocido por las pruebas anteriores para las coberturas de desmontes.

Un esquema del diseño, las alturas de las coberturas, y la instalación de los instrumentos en las terrazas se detallan en las figuras 84 y 85.

139

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Instrumentos de control de humedad y succión

Suelo proveniente de la cancha de fútbol

40 cm

50 cm

10 cm 15 cm 30 cm 15 cm

10 cm FIGURA 84. Diseño de la cobertura con andenes e instalación de instrumentos.

MURO SECO DE PIEDRA

MURO DE PIEDRA CON MORTERO DE TIERRA

MURO DE PIEDRA CON MORTERO DE CAL

SECCIÓN TRANSVERSAL FIGURA 85. Construcción de andenes del modelo Macchu Picchu.

Estas pruebas se iniciaron el 25 de noviembre del 2009 con la simulación de lluvia máxima (66,7 mm en 24 horas) y concluyeron el 01 de febrero del 2010 bajo condiciones de lluvia natural (según reporte del laboratorio de meteorología de Ingeniería Civil de UTO, instalado a

140

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

250 m de los experimentos con coberturas. El comportamiento hidráulico de la terraza 1 se muestra en las figuras 86, 87 y 88; el de la 2 en las figuras 89 y 90; y el de la 3 en las figuras 91, 92 y 93.

20 18 16

% Humedad

14 12

Succión en suelo

10

Humedad en grava fina

8 6 4 2 0

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo, días FIGURA 86. Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 1.

150

Succión, KPa

Succión en suelo 100

50

0

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo, días FIGURA 87. Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 1.

141

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

160 140

Succión KPa

120 100 80 60 40 20

Tierra grava 2 per. media móvil (tierra)

0 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00

% Humedad FIGURA 88. Curva de retención de humedad (WRC) de las capas de tierra fina y de grava, terraza Nº 1.

12 10

% Humedad

8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Humedad en suelo

Tiempo, días

FIGURA 89. Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 2.

142

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

180 160

Succión, KPa

140 120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo, días Succión en suelo

Succión en grava fina

FIGURA 90. Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 2.

16 14

% Humedad

12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo, días Humedad en suelo FIGURA 91. Perfil de humedad: cobertura de andenes, terraza Nº 3.

143

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

100

Succión en suelo

Succión, KPa

80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo, días FIGURA 92. Perfil de succión: cobertura de andenes, terraza Nº 3.

160

Tierra Grava

140

Succión, KPa

120 100 80 60 40 20 0 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Humedad FIGURA 93. Curva de retención de humedad (WRC) de las capas de tierra fina y de grava, terraza Nº 3.

La serie de figuras, 86 a 93, permite formular los siguientes comentarios al comportamiento hidráulico de la cobertura en terrazas del modelo Machu Picchu: • Los tres niveles de plataforma no registraron ingreso de humedad al nivel de la capa de grava fina, a pesar de las condiciones severas de experimentación: lluvia máxima seguida de lluvia natural intensa.

144

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• Las variaciones del contenido de humedad en la capa de tierra (monitoreadas por el sensor, a diez cm por encima de la capa de grava (figura 84) muestran el siguiente patrón. Cuando se elevan, coinciden con el ingreso de agua en la estructura, ya sea por la simulación de lluvia máxima o por los días de lluvia natural. Cuando disminuyen, se deben a la pérdida por evaporación por acción solar y eólica.

• Las curvas de retención de humedad (WRC) de los suelos seleccionados para conformar esta cobertura SDR (figuras 88 y 93), muestran su suficiente capacidad de campo (capacidad de almacenamiento o retención de humedad) para soportar lluvia máxima de 24 horas, seguida de lluvia natural.

• Se logró conformar coberturas SDR en los tres niveles de andenes, con efecto de barrera capilar (efecto verificado por los diagramas de WRC experimental construidos según datos obtenidos in situ). Sin embargo, estos diagramas difieren en los valores límites de AEV y de humedad residual de las capas, porque los coeficientes de porosidad y de grado de compactación no fueron los mismos, por dificultades operativas durante el montaje de cada terraza.

Además, se constata que el sistema de andenes requiere menos cantidad de suelos (fino y de grava) para cubrir las pendientes laterales de los cuerpos que se desea proteger (desmontes); tampoco es necesario rebajar el talud para estabilizar la cobertura. Así la cobertura por andenes es una de las alternativas para restaurar el dique de colas de Frankeita.

6.3. COBERTURA LATERAL SDR Considerando todos los trabajos experimentales hasta ahora realizados con este tipo de coberturas, se puede aseverar que, para garantizar una adecuada cobertura lateral, se debe partir de un diseño similar al de la figura 94.

145

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Cobertura de suelo

50 cm

“a” cm

Cobertura de arena

25 cm

“b” cm

Soporte de la pendiente RESIDUO MINERAL

“c” cm

FIGURA 94. Diseño de la cobertura lateral SDR para colas y desmontes.

Este diseño de cobertura lateral servirá de manera efectiva para la cara lateral de cualquier depósito mineral, sean diques de colas o desmontes.

Se recomienda, además, que el espesor de la cobertura de suelo cuaternario tenga forma de cuña, con la parte más gruesa en la base para evitar su sobresaturación por el deslizamiento de la humedad a causa de la gravedad. Los espesores recomendables son los siguientes (por ejemplo, pensando en el dique de colas de Frankeita, que es de pequeña altura):

“a” = 40 cm, “b” = 45 cm, “c” = 60 cm.

Respecto a la capa granular, que en la figura aparece como capa de arena, se debe resaltar que en el trabajo con las celdas experimentales, de columna y de terreno, se utilizó una capa de grava fina (arena de construcción). Por tanto, puede emplearse grava en vez de arena para la cobertura de colas y desmontes o incluso colas de jig no sulfurosas.

Un detalle a sopesar es la longitud máxima de la pendiente lateral: existe el peligro de su sobresaturación por humedad cuando sea demasiado larga. La descripción del método de dimensionamiento de la cobertura lateral se expone en la sección 6.6.2.

146

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

6.4. COBERTURA LATERAL CON GEOGRILLAS Este aspecto de la investigación no se cumplió, porque el pedido de este material jamás llegó al país, a pesar de haberse reiterado la solicitud a los proveedores.

La fotografía 25, muestra las celdas tipo geogrillas que se deseaban experimentar para mejorar la estabilidad de las coberturas laterales y así protegerlas de la erosión, principalmente hídrica. Felizmente las pruebas en celda inclinada con coberturas de suelo gravoso mostraron buena resistencia a la erosión hídrica, por lo que no se insistió en colocar geogrillas.

FOTOGRAFÍA 25. Geoceldas y geogrillas para proteger taludes y reforestar pendientes.

6.5. COBERTURA LATERAL CON ARCILLA Como la altura de los desmontes de San José, medida sobre las caras que presentan taludes laterales, es relativamente elevada, COMIBOL ha programado construir terrazas para mejorar la estabilidad de las obras de restauración que ya se habían concluido con estos pasivos. Al respecto, cuando se realizaba la experimentación de coberturas de techo y ante la urgencia de saber cómo debían prepararse las partes laterales de los desmontes de San José, se sugirió preparar las coberturas según muestra la figura 95, y así conservar el efecto de barrera capilar.

147

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

suelo

CAPA DE GRAVA

15 cm

CAPA DE ARCILLA

20 cm

CAPA DE GRAVA

15 cm

15 cm

RESIDUO MINERAL: COLAS Y/O DESMONTES

20 cm 15 cm

Figura.- Disposición y espesores de los suelos en pruebas de coberturas para desmontes de San José

Canal o tubo de drenaje

Detalle del lugar de drenaje FIGURA 95. Esquema de cobertura con efecto C.E.B.C.: taludes laterales de los desmontes de San José.

Se decía que: “las alturas de las capas de grava y de suelo arcilloso que muestra esta figura son las que han sido obtenidas como recomendables, durante los experimentos con celdas de columna.”

Además se indicaba que: “…para colocar esta cobertura debe darse especial cuidado al detalle del tubo o canal de drenaje que es necesario instalar para permitir el drenaje de agua de la primer capa de grava y así evitar la saturación de la capa de arcilla. El agua que se recolectará por este sistema de drenaje será agua de lluvia y no requerirá posterior tratamiento pudiéndose derivar al sistema de drenaje superficial de la zona circundante. Sin embargo, el diseño de la cuneta o del tubo recolector debe asegurar buena protección para evitar discontinuidades o destrucciones posteriores…”.

148

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

“…En el diseño de esta cobertura, un papel muy importante juega el núcleo de la capa de arcilla que se colocará entre las dos capas de grava (…) Normalmente, en una cobertura de este tipo, esta capa de arcilla debe colocarse compactada con un grado de humedad próximo al de saturación del 90%. Bajo condiciones climáticas especiales, esa capa de arcilla debe mantener su humedad todo el tiempo y, de ese modo, conformar una barrera capilar para la difusión de agua y la de oxígeno.

Con lo cual, los desmontes de San José estarían totalmente protegidos contra el drenaje ácido de roca…”. “…En este caso, y por las condiciones climáticas de Oruro, esa capa de arcilla difícilmente se mantendrá saturada todo el tiempo y, por lo tanto, no garantizará ser barrera para la difusión de oxígeno. Sin embargo, recogiendo experiencias (cercanas a la zona de Capachos) de la alternancia de capas de arena y de suelo arcilloso, se ha observado que una capa de arcilla así colocada, cuando llueve, absorbe y retiene humedad, no se satura, porque la capa drenante que está por encima se lo impide y evita que pase humedad a las capas subyacentes…”.

Finalmente se decía: “…Los resultados logrados hasta el presente, en las celdas de columna, han confirmado este comportamiento. Por lo tanto, se puede esperar que esta cobertura garantiza que no ingresará agua a los desmontes de San José, y aunque éstos estén oxidados, no producirán un drenaje ácido de Roca (DAR)…”.

Con el conocimiento acumulado en todo el periodo de experimentación, y sobre la base de algunos buenos resultados sobre coberturas de techo de la serie de optimización (presentados en la sección 4.3.4., se experimentó con coberturas laterales, usando como principal componente una costra dura de grava y arcilla (como en la columna Nº 5 de tal serie de optimización).

149

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Entonces, solicitando información a técnicos de COMIBOL respecto a la inclinación del talud, se procedió a construir una canaleta inclinada, simulando una cobertura lateral. Se emplearon tres tipos de suelos como cobertura total y se aplicó un espesor total de 50 cm (figura 96).

15 cm 20 cm 15 cm

COB

ERTU

RA D EG

COB

RAVA

ERTU

RA D

COB

CILLA

E AR

ERTU

CILLA

RA D

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

0.80 m + AR

E GR

AVA +

3.40 m

0.80 m

A

0.80 m

B

ARCI

LLA C

ARENA + ARCILLA

ARENA + ARCILLA

E 50 cm

ARCILLA

D

30º (a) Vista lateral de la canaleta

(b) 30 cm Parte de la vista frontal de la canaleta

FIGURA 96. Esquema de construcción, dimensiones y ubicación de los instrumentos de medición: canaleta inclinada para simular la pendiente de una cobertura lateral.

Para formarse una idea más clara del experimento, es también importante mostrar una secuencia de fotografías tomadas cuando se preparaba e instalaba la canaleta inclinada para simular la cobertura lateral.

150

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFÍA 26. Preparación de la primera capa de cobertura: grava fina + arcilla.

FOTOGRAFÍA 27. Instalación de los instrumentos de medición en la capa de grava fina de la base.

La canaleta fue preparada de modo que, en caso de infiltración hasta la parte inferior de las coberturas, el lixiviado se pudiera recuperar. Por ello, se colocó un plástico grueso que, a manera de forro, soportara la carga y permitiera recuperar toda el agua infiltrada posible, tanto de las paredes laterales como de la parte inferior.

Por otro lado, en la desembocadura del extremo inferior de la canaleta se colocaron vertederos y recipientes para recibir las escorrentías de

151

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

cada capa. Por cierto, éstas ocurrieron sólo en la capa superior: en la superficie, en mayor proporción, y en la base, en pequeña proporción.

No ingresó humedad a las otras capas.

FOTOGRAFÍA 28. Canaleta concluida: se procede al riego que simula la precipitación de máxima intensidad.

FOTOGRAFÍA 29. Detalle del vertedero en la desembocadura inferior para recibir las escorrentías.

152

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

FOTOGRAFÍA 30. Vista lateral de la canaleta y riego de la misma.

FOTOGRAFÍA 31. Mediciones de control en la canaleta con instrumentos colocados en diferentes niveles y sectores.

153

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

FOTOGRAFÍA 32. Canaleta inclinada y columnas de experimentación: se efectúa control instrumental.

La figura 97 detalla, primeramente, la simulación de máxima precipitación, seguida de precipitación frecuente de regular intensidad (del 28 de junio al 30 de julio del 2010) para la experimentación de la cobertura lateral.

80

Precipitación, mm H2O

70 60 50 40 30 20 10 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Tiempo, días FIGURA 97. Control de precipitación pluvial para la canaleta.

El comportamiento de la canaleta inclinada debe interpretarse por los resultados de los sensores, en el sentido longitudinal y en el vertical.

Esto porque se deseaba estudiar si este perfil de cobertura evitaba el ingreso de humedad hacia los desmontes, pero también si se produ-

154

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

% Humedad

cía una sobresaturación en algún punto de la cobertura inclinada que amenazara con licuación a alguna de sus capas. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Tiempo, días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

Nivel E

FIGURA 98. Perfil longitudinal de humedad en todos los niveles.

16.00 14.00

% Humedad

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Tiempo, días Nivel B

Nivel D

FIGURA 99.A. Perfil longitudinal de humedad en los niveles superiores B y D, según tiempo de experimentación.

155

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

16.00 14.00

% Humedad

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Tiempo, días Nivel A

Nivel B

Nivel C

FIGURA 99.B. Perfil longitudinal de humedad en los niveles inferiores A, C y E, según tiempo de experimentación.

35.00

Succión, mm H2O

30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36

Tiempo, días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

FIGURA 100. Perfil longitudinal de succión en todos los niveles.

156

Nivel E

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

35

Succión, KPa

30 25 20 15 10 5 0

0 10 20 30 40

Tiempo, días FIGURA 101.A. Perfil longitudinal de succión en los niveles superiores B y D, según tiempo de experimentación.

35

Nivel A Nivel C Nivel E

Succión, KPa

30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35

Tiempo, días FIGURA 101.B. Perfil longitudinal de succión en los niveles inferiores A, C y E, según tiempo de experimentación.

Desde estos gráficos de perfil longitudinal se puede establecer que: • Tal como había evidenciado ya la cobertura de optimización Nº 5, la primera capa de grava-arcilla, sirve para desviar el agua de lluvia, favoreciendo la escorrentía lateral (tabla 12).

• La segunda capa de arcilla se humedece en los sensores superiores de los puntos B y D, hasta un grado cercano a la saturación. Pero, notoriamente, la humedad disminuye en los sensores inferiores de los puntos A y C. Mientras que el sensor inferior del punto E registró un nivel intermedio entre los registros anteriores. Ello significa que hay

157

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

un flujo lateral subterráneo al interior de la capa, hacia la base de la gradiente de la canaleta.

• Los perfiles de succión muestran en todos los niveles correspondientes a los electrodos, que no hay efecto de barrera al interior de la segunda capa de arcilla. Así corresponde, porque se trata de un solo material y además el espesor de la capa es reducido.

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

50 45 Día 4 Día 10 Día 21 Día 32 Día 0

Espesor de la cobertura (--)

Espesor de la cobertura

Para evidenciar mejor el comportamiento señalado, se construyeron los perfiles de humedad por tramos en función de la altura del emplazamiento de los sensores. Se consideraron diferentes fechas de la experimentación (figura 102 (A) y (B).

40 35

Día 10 Día 21 Día 32 Día 0

30 25 20 15 10 5

0 5 10 15

% Humedad

0 0 5 10 15

% Humedad

(A)

(B)

FIGURA 102. Perfil de humedad por tramos, en función de la altura de la cobertura lateral: (A) sensores B y C (B) sensores D y E.

Se observa en estas figuras que la escorrentía, al interior de la capa de arcilla, aumenta el grado de humedad a medida que transcurre el tiempo de experimentación.

El desplazamiento de la humedad posee dirección vertical y longitudinal a lo largo de la canaleta.

158

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

En el tramo de la parte baja de la canaleta, los mayores incrementos de humedad ocurren en la base de la capa de arcilla (ver flecha en 102 b).

Esto justifica la necesidad de modelar el comportamiento de esta barrera lateral para determinar cuál es la longitud efectiva de la barrera capilar.

Y, a partir de ese dato, determinar la longitud de los flancos inclinados o, al menos, la distancia entre los sistemas de drenaje y colección que deben instalarse en los taludes de la cobertura de San José.

6.6. LONGITUD EFECTIVA DE LA BARRERA CAPILAR EN COBERTURA LATERAL 6.6.1. Sistemas de coberturas en superficies inclinadas En las coberturas inclinadas, la barrera capilar es diseñada para drenar aguas infiltradas en el talud. Cuando el agua se infiltra en la parte superior de la capa MRL (en este caso, capa de grava fina + arcilla), tiende a acumularse en la parte baja del talud de la capa MRL. Pero cuando las fuerzas capilares en la capa MRL no pueden retener más agua, cualquier infiltración adicional es transmitida a la capa CBL (en este caso, capa de arcilla): este fenómeno ocurre a una distancia crítica de la parte superior del talud que puede estimarse utilizando el modelo propuesto por Ross (1990).

Parent y Cabral (2006) propusieron un procedimiento para minimizar la infiltración de agua en rellenos, al optimizar el largo de desviación de agua en coberturas inclinadas. El diseño se basa en un enfoque conceptual, matemático y numérico. Su objetivo es: seleccionar los materiales según sus funciones de conductividad hidráulica y según un límite de velocidad de infiltración, definido por el diseñador; optimizar el espesor de las capas de la cobertura. La capa de ruptura de capilaridad (CBL, capa inferior) está caracterizada por una capilaridad baja, mientras que la capa de retención de humedad (MRL, capa superior), por una alta capilaridad.

El espesor de la capa CBL corresponde a la altura donde la succión alcanza su valor máximo para una velocidad de infiltración dada. Esta

159

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

altura puede calcularse utilizando el modelo de Kisch (1959). El espesor óptimo de la capa MRL se determina mediante la aplicación del modelo adaptado por Ross.

6.6.2. Diseño y dimensionamiento Estimación de la longitud efectiva de la barrera capilar (L) A objeto de evaluar la longitud (L), Ross asumió las siguientes condiciones: 1) El nivel freático está ubicado muy por debajo de la interfase MRL-CBL. 2) Ambas capas (MRL y CBL) son muy gruesas.

3) La interfase está inclinada y tiene un largo mayor (L).

4) La velocidad de infiltración vertical es aplicada uniformemente por encima de la capa MRL. q

MRL

CBL

Qmax Qmax

Longitud Efectiva (L)

FIGURA 103. Esquema de los vectores de flujo de agua en una CCBE inclinada, (Parent y Cabral, 2006).

Para resolver el modelo de comportamiento hidráulico en la capa MRL y a fin de estimar la capacidad de desviación (Qmáx), se han establecido tres expresiones analíticas:

160

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

i) Ross (1990)

[1].

Donde… α = Ángulo de la pendiente.

Ksat = Conductividad hidráulica saturada. as = Número de adsorción relacionado con la distribución del tamaño del poro (Philip 1969).

P = Flujo de agua vertical (m/s).

ii) Ross (1990) modificado por Steenhuis et al. 1991

[2].

Donde… Ψa = Presión de la entrada de aire (m de agua). Ψw = Presión de entrada de agua del material grueso (m de agua). iii) Morel Seytoux (1994)

[3].

Donde… Ψc = Presión capilar efectiva (Morel Seytoux y Khanji) (m de agua). ΨaM = Presión de entrada de aire de la curva de humedecimiento (m de agua). q = Fracción transmitida (1 en el punto DDL).

161

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

M = Parámetro para describir la curva de retención de agua (Morel Seytoux et al. 1996).

P = Parámetro para describir la función de permeabilidad, P = 3+2M. Siguiendo la aplicación del modelo de Ross (1990), (Morel Seytoux et al. 1996) se determinó la longitud efectiva de desviación (L). La estimación de ésta, en términos de la longitud horizontal, se calcula aplicando la siguiente ecuación:

L = Qmáx/q

[4].

Donde…

Qmáx = capacidad máxima de desviación (m2/s). q = Velocidad de infiltración (m/s).

Estas soluciones analíticas tienen las siguientes características: • La ecuación 1 utiliza una solución simplificada para representar la función K de conductividad hidráulica.

• La ecuación 2 utiliza el valor de la entrada de agua (WEV) en el material grueso, el cuál es un parámetro crítico para determinar Qmáx y L de agua en la cobertura inclinada.

• La ecuación 3 es más general y más representativa de las condiciones reales en comparación con la ecuación 1.

Aunque estas tres soluciones analíticas tienen los mismos objetivos y parten de las mismas asunciones fundamentales, sus evaluaciones de L y Qmáx bajo condiciones idealizadas de estado estacionario pueden dar lugar a estimaciones significativamente diferentes. Por ejemplo, el valor calculado de L con la ecuación 1 es de 51 m, con la ecuación 2 es de 91 m y con la ecuación 3 es de 63 m. Además importa señalar que ellas subestiman significativamente la longitud efectiva de barrera capilar (L), cuando se aplica a situaciones reales, en comparación a resultados obtenidos con modelos físicos y con soluciones numéricas (Bussiere, 1990).

162

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Los resultados obtenidos en diferentes estudios muestran que el comportamiento hidráulico en coberturas inclinadas es dinámico. El efecto L no es constante, varía en el tiempo, dependiendo de condiciones climáticas locales, configuración y geometría de la cobertura y propiedades de los materiales. Este comportamiento observado en laboratorio y en campo a través de modelación numérica, sugiere que el diseño de coberturas inclinadas no debe realizarse en condiciones de estado estacionario o pseudoestacionario, ya que en la práctica no existen tales estados.

Por otro lado, Ross (1990), CANMET- CETEM (2002) completó una investigación analítica del concepto de la capa de desviación y encontró una ecuación simplificada para definir la longitud de desviación esperada respecto a una barrera capilar inclinada.

[5].

Donde…

L = longitud de desviación (m). ks = conductividad hidráulica saturada del material fino (m/s).

F = ángulo de la pendiente del talud de la cobertura. q = velocidad de infiltración (m/s). α = índice de capacidad de adsorción (m-1).

La conductividad hidráulica saturada (Ks) es una propiedad geotécnica medible del material de suelo de granulometría fina. El ángulo de la pendiente del talud (ϕ) es controlado durante la construcción de la barrera capilar y es optimizado para generar el diseño de cobertura más eficiente. La velocidad de infiltración (q) es una estimación de la percolación a largo plazo a través de la capa de suelo de granulometría fina. El índice de capacidad de adsorción (α) (figura 104) es una medida del inverso de la pendiente de la sección recta de la curva de conductividad hidráulica versus la presión de agua de poro negativa (es decir la función de succión).

163

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

1.0E-02

Coarse

Conductividad Hidráulica K (m/s)

1.0E-04

hw

1.0E-06

ha

1.0E-08

1.0E-10

Fine 1.0E-12

a

1.0E-14 0.01 0.1 1 10 100 1000

Succión (m) FIGURA 104. Función de conductividad hidráulica para material de granulometría gruesa y fina utilizada en el ejemplo de cálculo de la longitud de desviación de la barrera capilar.

6.6.3. Cálculo de la longitud efectiva de barrera capilar La tabla 13 muestra resultados del cálculo de (L) para la capa de arcilla, respecto a tres valores de precipitación anual.

LONGITUD EFECTIVA DE BARRERA CAPILAR (L, m), [HORIZONTAL] Velocidad de infiltración, q (mm/año)

Velocidad de infiltración, q (m/s)

Índice bajo de adsorción α =0,34

Índice moderado de adsorción α =0,38

Índice alto de adsorción α =0,42

200

6,34E-09

22,32

44,63

24,94

49,88

27,57

55,14

250

7,93E-09

17,85

35,71

19,95

39,91

22,05

44,11

300

9,51E-09

14,88

29,76

16,63

33,26

18,38

36,76

(*)

(*)

(*) = Valores corregidos por el factor de anisotropía kh/kv = 2.

TABLA 13. Resultados del cálculo de (L), perfil de diseño (1): tajo de Veta Grande.

164

(*)

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

LONGITUD EFECTIVA DE BARRERA CAPILAR (L, m), [EN LA PENDIENTE DEL TALUD] Velocidad de infiltración, q (mm/año)

Velocidad de infiltración, q (m/s)

Índice bajo de adsorción α =0,34

Índice moderado de adsorción α =0,38

Índice alto de adsorción α =0,42

200

6,34E-09

25,77

51,54

28,80

57,60

31,83

63,67

250

7,93E-09

20,62

41,23

23,04

46,08

25,47

50,93

300

9,51E-09

17,18

34,36

19,20

38,40

21,22

42,44

(*)

(*)

(*)

(*) = Valores corregidos por el factor de anisotropía kh/kv = 2.

TABLA 14. Resultados del cálculo de (L), perfil de diseño (1).

En algunos casos la conductividad hidráulica horizontal (kh) es frecuentemente mayor que la conductividad hidráulica vertical (kv). Esta anisotropía puede incrementar la longitud de desviación, de manera que algunos autores han multiplicado la ecuación de Ross por un factor de anisotropía que es igual a kh/kv para corregir esta anisotropía.

Aplicando la ecuación [5], con los siguientes datos: Ks = 7,21 x10-7 m/s. Φ = 30o (Perfil de diseño (1) (ver tabla 15). α = 0,34 m-1. q = 9,51x10-9 m/s.

La longitud efectiva de barrera capilar (L), es de 17,18 m. Si se considera un factor moderado de anisotropía kh/kv = 2, esta longitud medida en la pendiente del talud sería de 34,36 m, tal cual se mostró en la tabla 14.

La tabla 15 muestra los cálculos realizados para estimar el número de canales de drenaje referentes a cada uno de los perfiles de diseño para el tajo de Veta Grande.

165

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

PROPUESTA Nº DE CANALES DE DRENAJE: TAJO DE VETA GRANDE Perfil de diseño

Ángulo del talud Φ

Longitud total del talud (estimado), m

Longitud efectiva de barrera capilar (L), m

Nº recomendado de canales de drenaje

1

30

28,87

34,36

1

2

20

26,60

19,96

2

3

15

48,66

14,30

3

4

16

44,73

19,96

2

5

30

63,51

34,36

2

TABLA 15. Resultados del cálculo de Nº de canales de drenaje: tajo de Veta Grande.

Como aplicación práctica de esta modelación se señala lo siguiente. En las coberturas laterales de San José, se preverá instalar tubos o canales de drenaje en las partes cuya longitud de pendiente sea mayor a 7 m, considerando que la cobertura lateral tiene un ángulo de diseño de 30 grados.

6.6.4. Conclusiones: coberturas laterales • Es factible construir una cobertura en andenes o terrazas colocando en cada plataforma una cobertura del tipo SDR para proteger los taludes del dique de colas de Frankeita. Esta cobertura tiene la ventaja de no requerir la corrección del talud natural del dique.

• Los materiales usados para hacer la cobertura SDR en andenes o terrazas mostraron propiedades de una buena barrera capilar, pues impidieron el ingreso de humedad hacia la base de la cobertura.

• La cobertura en andenes o terrazas mostró tener propiedades adecuadas para evitar o, al menos, limitar la erosión hídrica causada por lluvias máximas o normales.

• Una cobertura inclinada del tipo SDR, de dos capas, conformada sólo con suelo cuaternario y grava fina, requiere un perfil en cuña para soportar la saturación de humedad en la base. Demanda también un cálculo de la longitud efectiva de la barrera capilar.

166

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• La cobertura inclinada con tres capas (la superior y la inferior constituidas con grava + arcilla) mostró tener buenas propiedades para limitar la erosión hídrica. Considerando la inclinación de 30 grados que tendrá el desmonte de San José, se estableció que la longitud inclinada de la longitud efectiva de barrera capilar es de 7 metros o, en sentido horizontal, 6,12 m.

6.7. COBERTURAS INCLINADAS CON HARD PAN Aprovechando la construcción de la celda o canaleta inclinada para experimentar la cobertura lateral con arcilla, se realizaron pruebas con coberturas inclinadas con hard pan de suelo-cemento y de suelo-cal.

Esto permitió completar los estudios de estos tipos de coberturas que se proponían para los desmontes de Santa Fe y Morococala.

6.7.1. Cobertura inclinada con hard pan de suelo-cemento Esta prueba se ejecutó entre los meses de octubre a noviembre del 2010, bajo el efecto de una lluvia artificial que tenía el siguiente registro de precipitaciones (figura 105): 60

Precipitación, mm H2O

50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30

Tiempo, días FIGURA 105. Control de precipitación pluvial artificial durante la experimentación, octubre-noviembre 2010.

El montaje de la celda y la ubicación de los sensores se realizaron conforme a lo señalado por el siguiente esquema (figura 106):

167

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

COBERTURA HARD PAN DE SUELO + CEMENTO, 5cm COBERTURA DE GRAVA + ARCILLA, 10 cm 20 cm

ERTU

15 cm

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

0.80 m

COB

RA D

3.40 m

E AR

CILLA

COB

ERTU

0.80 m

A

RA D

30 cm

0.80 m

B

E GR

AVA +

C

ARCI

LLA

E

D

SUELO + CEMENTO

50 cm

10 cm

G

30º (a) Vista lateral de la canaleta

15 cm

ARCILLA

20 cm

F

ARCILLA + GRAVA

ARCILLA + GRAVA

(b)

Parte de la vista frontal de la canaleta

FIGURA 106. Esquema del montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada para simular la cobertura inclinada con hard pan de suelo-cemento.

Los resultados obtenidos durante 25 días de experimentación bajo condiciones de lluvia artificial se muestran en las figuras siguientes: 14.0 12.0

% Humedad

10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Nivel A

Nivel B

Tiempo,Nivel díasC

Nivel D

Nivel E

FIGURA 107. Control de humedad, en todos los niveles, cobertura lateral, tipo hard pan, de suelo-cemento.

168

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

50.0 45.0 40.0

Succión, KPa

35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Nivel A

Nivel B

Tiempo,Nivel díasC

Nivel D

Nivel D

FIGURA 108. Control succión, en todos los niveles, cobertura latera, tipo hard pan, suelo-cemento.

Los resultados obtenidos en esta serie no difieren significativamente de los observados en el caso de la celda inclinada de la cobertura con arcilla, presentados en la sección 6.5 y especialmente en la serie de figuras 98 a 102. Esto puede significar que: • La colocación de la capa de hard pan de suelo-cemento mejoró la estabilidad física de la cobertura lateral y favoreció la escorrentía lateral superficial, sobre todo al iniciar la lluvia artificial.

• Todos los sensores registraron niveles de humedad algo inferiores a los de la cobertura de referencia sin hard pan (figuras 98 y 102 (A) y (B)), lo que es un punto a favor del hard pan de suelo-cemento.

Esta ventaja relativa queda más clara si se comparan los registros de humedad de los sensores B y E (figura 109).

• La alternancia de dos capas de arcilla-grava, con otra de arcilla al centro y un techo de hard pan de suelo-cemento (figura 106), no conformó el efecto de barrea capilar, pues el espesor de cada capa era muy reducido. Esto implica la posibilidad de que, bajo condiciones de lluvia más fuerte, la cobertura colapse como ocurrió durante la experimentación con cobertura de hard pan de suelo-cal.

169

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Posiblemente se obtendría mejor resultado colocando la capa de hard pan sobre una cobertura CEBC con alternancia de grava-arcilla-grava para obtener un claro efecto de barrera capilar. Para ello deben establecerse espesores adecuados en las capas y no minimizarlos por limitaciones de costos.

16.00 14.00

Humedad, %

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 10 20 30 40 50

Tiempo, días Nivel B s/Hp

Nivel E s/Hp

Nivel B c/Hp

Nivel E c/Hp

FIGURA 109. Comparación de registros de humedad en cobertura inclinada con y sin capa de hard pan de suelo-cemento.

6.7.2. Cobertura inclinada con hard pan de suelo-cal Esta prueba se ejecutó entre los meses de noviembre del 2010 a marzo del 2011, bajo condiciones iniciales de lluvia artificial seguidas por un período de lluvia natural, conforme al siguiente registro de precipitaciones y a las características del ciclo que se explicaron en la sección 5.2.1.

170

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

90.00

B

80.00

Precipitación, mm Hg

70.00

A

60.00

Lluvia Artificial

Lluvia natural 26 dcbre. 31 marzo

50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Tiempo, días FIGURA 110. Control de precipitación pluvial artificial y natural durante la experimentación.

El montaje de la celda se realizó incorporando dos niveles adicionales de sensores en las posiciones B y E como se muestra en el siguiente esquema (figura 111): COBERTURA HARD PAN DE SUELO + CAL, 5cm COBERTURA DE GRAVA + ARCILLA, 10 cm 20 cm 15 cm

Instrumento para medir humedad Instrumento para medir succión

0.80 m

COB

ERTU

RA D

3.40 m

COB

E AR

CILLA

ERTU

RA D

A

E GR

30 cm

AVA +

ARCILLA + GRAVA

0.80 m

B

ARCI

LLA

C D

E F G

50 cm

10 cm

ARCILLA

15 cm

ARCILLA + GRAVA

20 cm

SUELO + CAL

0.80 m

30º (a) Vista lateral de la canaleta

(b)

Parte de la vista frontal de la canaleta

FIGURA 111. Esquema del montaje y ubicación de los sensores en la canaleta inclinada para simular la cobertura lateral inclinada con hard pan de suelo-cal.

171

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Los resultados obtenidos durante 165 días de experimentación bajo condiciones mixtas de lluvia artificial y natural se muestran en las figuras 112 y 113.

27.0 24.0

% Humedad

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Tiempo, días Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

Nivel E

Nivel F

Nivel G

FIGURA 112. Control de humedad en la cobertura lateral tipo hard pan de suelo-cal.

80.00 70.00

Succión, KPa

60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Tiempo, días

Nivel A

Nivel B

Nivel C

Nivel D

Nivel E

Nivel F

Nivel G

FIGURA 113. Control de succión en la cobertura lateral tipo hard pan de suelo-cal.

Los resultados obtenidos en esta serie difieren significativamente de los obtenidos en la celda inclinada de la cobertura con arcilla, presentados en la sección 6.5 y especialmente en la serie de figuras 98 a 102. Las

172

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

causas de ello radican en varios factores, climáticos y de conformación de la cobertura que necesitan ser evaluados con atención. Las principales observaciones conseguidas son las siguientes: • La cobertura de hard pan de suelo-cal no soportó una lluvia intensa como la registrada en Oruro durante febrero y marzo del 2011, ya que el incremento de humedad registrado en todos los sensores fue muy alto.

• Incluso en el período de lluvia artificial de noviembre/diciembre del 2010, el ingreso de humedad al nivel de los sensores fue mayor que en la celda inclinada con cobertura de hard pan de suelo-cemento.

• Los sensores B y E, instalados en la capa de grava-arcilla debajo de la de hard pan de suelo-cal, registraron ingreso de humedad a la cobertura, incluso en el período de lluvia artificial de baja intensidad.

Esto significa que el hard pan de suelo-cal no es impermeable.

• En todos los sensores se registraron niveles de humedad superiores a los de la cobertura de referencia sin hard pan (figuras 98 y 99 (A) y (B)) lo que es un punto en contra del hard pan de suelo-cal. Esta desventaja relativa queda más clara si se comparan los registros de humedad de los sensores B y E en la figura 114.

16.00 14.00

% Humedad

12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tiempo, días Nivel B s/Hp

Nivel E s/Hp

Nivel B c/Hp

Nivel E c/Hp

FIGURA 114. Comparación de registros de humedad en cobertura inclinada con y sin capa de hard pan de suelo-cal.

173

7. OTROS ESTUDIOS SOBRE LAS

PROPIEDADES DE LAS COBERTURAS 7.1. DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS SUELOS SELECCIONADOS En los laboratorios de las carreras de Metalurgia y de Ingeniería Civil de UTO se determinaron las propiedades granulométricas, mecánicas e hidrológicas de los suelos proporcionados por COMIBOL. Figuran entre ellos: suelos de Itos (cancha de futbol) y de Frankeita; agregados gruesos de arena o grava fina; material preparado para la capa de hard pan de suelo-cemento para las coberturas de techo y laterales de desmontes y de colas de otros pasivos ambientales como los de Santa Fe y Morococala (donde no existe otro tipo de materiales para conformar las coberturas).

7.2. COBERTURAS DE TECHO DE RESTAURACIONES EN SANTA ANA DE CHOCAYA Y TELAMAYU A solicitud de COMIBOL y por intermedio de los Ingenieros Wilson Loza y Lourdes Padilla se realizaron pruebas complementarias de evaluación del comportamiento de la cobertura de techo instalada por COMIBOL en la restauración de los desmontes de Santa Ana de Chocaya y de Telamayu. Se emplearon los mismos materiales y diseño de cobertu-

175

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

ras propuestos por los técnicos de COMIBOL. Para ello se montaron dos celdas de columna, empleando ripio del Río Chocaya y arcilla del banco de Falsuri en Telamayu. El esquema de las capas y de la instalación de los sensores para el monitoreo aparece en la figura 115.

RIPIO arena

15 cm

RIPIO arena

5 cm

ARCILLA + RIPIO

20 cm

SUELO + CAL

10 cm 5 cm

5 cm

ARCILLA + RIPIO

5 cm

20 cm

35 cm

35 cm

5 cm

5 cm

5 cm

SULFUROS

SULFUROS

COLUMNA - COBERTURA SANTA ANA DE CHOCAYA

COLUMNA - COBERTURA TELAMAYU

Instrumento para medir la humedad Instrumento para medir la succión FIGURA 115. Esquemas de configuración de coberturas de techo de las restauraciones de Santa Ana de Chocaya y Telamayu (según especificaciones de COMIBOL).

La idea inicial acordada con los técnicos de COMIBOL fue estudiar el comportamiento de este diseño de coberturas durante tres semanas, bajo condiciones de lluvia artificial. Pero como luego empezó la época de lluvias se prefirió continuar el monitoreo de las columnas bajo condiciones de lluvia natural, que el año 2011 fueron intensas y prolongadas hasta marzo del mismo año. Por esta razón, se evaluaron ambas columnas hasta el 31 de marzo del 2011.

Es necesario señalar que COMIBOL instaló primeramente la cobertura en los desmontes de Telamayu y luego en los de Santa Ana de Chocaya.

Incorporó, además, en el segundo caso algunas variantes en la conformación de la cobertura, por ejemplo, la adición de una delgada capa hard pan.

176

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

7.2.1. Cobertura de techo de Telamayu Esta cobertura, que aísla los desmontes sulfurosos de Telamayu, está conformada por una capa superior de 15 cms de ripio y otra inferior de arcilla y ripio de 20 cms. Este diseño de la cobertura debería dar estabilidad física al desmonte y así evitar la propagación de polvo hacia la población civil que circunda al desmonte en Atocha (capa de ripio).

También debería evitar la infiltración de agua hacia el desmonte (capa de mezcla de arcilla y ripio).

Las condiciones de precipitación para estas pruebas se detallan en la figura 116, donde pueden reconocerse los siguientes eventos: • Pico histórico de lluvia máxima de 24 hrs. (período de lluvia artificial durante 25 días, desde el 30 de noviembre 2010).

• Lluvia extrema, en una semana, del año 2011 (período de lluvia natural).

90.00

Precipitación, mm H2O

80.00 70.00 60.00 50.00 40.00

B A

Lluvia Artificial

Lluvia natural 26 dcbre. 31 marzo

30.00 20.00 10.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo, días FIGURA 116. Control de precipitación pluvial durante la experimentación, primero con lluvia artificial y luego con natural.

Las figuras 117 y 118 muestran el comportamiento hidráulico de la cobertura mediante el registro de humedad y de succión en los niveles en que se instalaron los sensores.

177

% Humedad

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0

Lluvia natural 26 diciembre 31 marzo 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo: días Nivel superior

Nivel sintermedio

Nivel inferior

FIGURA 117. Control de humedad en la columna-cobertura de Telamayu.

240 210

Succión, KPa

180 150 120 90 60 30 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo, días Nivel superior

Nivel sintermedio

Nivel inferior

FIGURA 118. Control de succión en la columna-cobertura de Telamayu.

De estos resultados se pueden colegir los siguientes comentarios: • La capa superior de ripio se comporta como una capa de infiltración desde el inicio de la prueba hasta el final durante los dos ciclos de lluvia (artificial y natural). Esto debido a que la lluvia que ingresa a la columna inmediatamente percola hacia la capa inferior.

178

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• La capa de mezcla de arcilla y ripio no funciona como impermeable, ya que conforme acumula humedad se va saturando, al punto de que la humedad al nivel del sensor inferior es mayor al de los otros dos niveles. Así deja percolar humedad hacia los sulfuros.

• La cobertura de Telamayu no proporciona una protección para la estabilidad química. Al cargarse de humedad muy rápidamente se llega a un estado de continuidad hidráulica sin efecto de barrera capilar que impida el ingreso de humedad hacia los desmontes sulfurosos como lo evidencia la figura 118. Allí se constata que la succión cae a un valor de cero debido a la continuidad hidráulica entre las dos capas de la cobertura.

7.2.2. Cobertura de techo de Santa Ana de Chocaya La cobertura de techo instalada por COMIBOL en la restauración de los desmontes de Santa Ana de Chocaya incluye una delgada capa de hard pan para mejorar la estabilidad de la cobertura contra la erosión hídrica.

Para experimentar en laboratorio se instaló una celda de columna con idéntica conformación a las capas de la cobertura de Santa Ana de Chocaya (figura 115). Esta celda fue sometida a experimentación simultáneamente a la de Telamayu, por lo que las condiciones de precipitación de lluvia fueron las mismas (figura 116).

Por su parte, las figuras 119 y 120 muestran el comportamiento hidráulico de la cobertura experimental mediante el registro de humedad y de succión en los niveles en que se instalaron los sensores.

179

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

21.0

% Humedad

18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo, días Nivel superior

Nivel intermedio

Nivel inferior

FIGURA 119. Control de Humedad en la columna-cobertura de Santa Ana de Chocaya.

240 210

Succión, KPa

180 150 120 90 60 30 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo, días Nivel superior

Nivel sintermedio

Nivel inferior

FIGURA 120. Control de la succión en la columna-cobertura de Santa Ana de Chocaya

De estos resultados, se pueden deducir los siguientes comentarios: • La capa de hard pan retarda la penetración de humedad hacia las capas inferiores, posiblemente por incremento de la escorrentía lateral (no fue controlada en esta serie de pruebas). Pero no evita que éstas alcancen humedades muy altas, sobre todo en el período de lluvias intensas de febrero y marzo de 2011.

180

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• La capa de ripio controlada por el sensor del nivel superior no tiene capacidad de almacenar agua. Toda fracción de humedad que ingresa la deja pasar hacia la capa inferior con mayor facilidad que en el caso de la cobertura de Telamayu, porque se disminuyó su espesor a sólo diez cm.

• La capa de arcilla más ripio (monitoreada por los sensores de nivel medio e inferior) mantiene un nivel de humedad alto pero casi constante hasta que llegaron los días de lluvia intensa de febrero y marzo de 2011. En este período se sobresatura hasta alcanzar niveles muy altos de humedad, venciendo la barrera que forma con los residuos sulfurosos del desmonte.

• La cobertura de Santa Ana de Chocaya no proporciona una protección para la estabilidad química. Al cargarse de humedad muy rápidamente, se llega a un estado de continuidad hidráulica sin efecto de barrera capilar que impida el ingreso de humedad hacia los desmontes sulfurosos como lo evidencia la figura 120. Ahí se constata que la succión cae a un valor de cero, debido a la continuidad hidráulica entre las tres capas de la cobertura.

7.3. CONTROL DE EFICIENCIA DE LAS COBERTURAS Y MONITOREO A LARGO PLAZO Los aspectos más delicados de un proyecto de restauración son el control de la eficiencia del diseño de cobertura instalado y el monitoreo a largo plazo para evaluar el desempeño de la cobertura.

Existe toda una metodología para el control de la eficiencia y el monitoreo a largo plazo cuyos pasos principales son: • Verificación del comportamiento mediante la comparación de resultados.

• Control de la difusión de oxigeno in situ.

• Verificación de humedad por sondeo in situ.

181

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

• Monitoreo con sensores a control remoto.

• Evaluación del efecto del tiempo en la conservación de la cobertura.

• Corrección si es necesario.

85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20

CAPA SUELO FRANKEITA

60

2006

Ba

2011

re ra ca pl lar

ALTURA COBERTURA (cm)

ALTURA COBERTURA

Como en el transcurso de este proyecto instalamos celdas experimentales de columna y de terreno, y como en febrero y marzo del 2011 llovió abundantemente en Oruro (figura 116), aunque sin superar el promedio de precipitación anual pero significando la secuencia de días lluviosos más acentuada de los últimos diez años (lo cual afectó los períodos de evaporación entre días lluviosos); entonces consideramos necesario verificar el comportamiento de la cobertura SDR en las celdas experimentales de terreno (figuras 5 y 6) dimensionadas para la restauración de las colas de Frankeita. Los resultados obtenidos se reportan en la figura 121.

2006

50

CAPA SUELO FRANKEITA

2011

40 30 20 10 0

5 10 CAPA DE GRAVA

15

-10

0

5

10 CAPA DE GRAVA

-20

% Humedad

% Humedad

FIGURA 121. Monitoreo de largo plazo en las celdas de terreno Nº 1 y 2 de la cobertura SDR para el dique de colas Frankeita.

De estos resultados se deduce que: • La cobertura SDR para la restauración del dique de colas Frankeita diseñada y dimensionada conforme se presentó en la sección 4.1.1.1 soportó muy bien los cambios climáticos de los años 2006-2011.

182

15

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

• El efecto de la barrera capilar logrado por la alternancia de capas de suelo Frankeita y grava fina impide el ingreso de humedad hacia los sulfuros y los protege contra la formación de DAR. • El espesor de 50 cm de la capa de suelo Frankeita (celda Nº 2) demuestra ser suficiente para garantizar una adecuada capacidad de almacenamiento de humedad. Esto incluso a pesar del período de lluvias atípico del año 2011 que provocó deslaves incluso en suelos consolidados de la ceja del Alto en La Paz.

183

8. LABORES COMPLEMENTARIAS PARA LA RESTAURACIÓN DE DESMONTES

Al realizar las labores de estabilización y perfilado de los desmontes de San José se retiraron derrames de desmontes que casi llegaban hasta las viviendas de las proximidades. Así estas tarea dejaron al desnudo el suelo que servía de base a los desmontes y descubrieron antiguas bocaminas por las que incluso salía un pequeño caudal de agua ácida.

Al realizar la remediación ambiental de diques y desmontes se debe prever la necesidad de complementar la instalación de coberturas con otras labores, ya que generalmente estas estructuras continuaran descargando DAR por algún tiempo más hasta que se estabilice el balance hídrico en su interior.

En San José quedaron al descubierto suelos impregnados por las infiltraciones de DAR que se daban a través de los derrames de los desmontes que fueron recogidos. Por ello, vimos conveniente determinar el nivel de impregnación que tiene ese suelo, aprovechando la excavación que realizó COMIBOL para habilitar un desagüe a la boca mina desenterrada.

Con ese fin se tomaron muestras de suelos en una calicata vertical (fotografía 33).

185

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

(A)

(B)

FOTOGRAFÍA 33. (A) Calicata de muestreo de suelos ácidos y (B) Boca Mina al pie del Desmonte San José.

Con las muestras tomadas se realizaron determinaciones de pH pasta y se lograron los siguientes resultados (tabla 8).

Número de capa

Profundidad acumulada (m)

Espesor de capa (m)

pH pasta

Demanda de cal para neutralización (Kg de cal/ton de suelo)

1ª capa

0,27

0,27

1,1

60

2ª capa

0,56

0,29

0,9

110

3ª capa

0,92

0,36

2,7

23

4ª capa

1,92

1,00

2,7

68

Bed rock

1,92 TABLA 16. Acidez en pasta y demanda de cal para neutralización de los suelos de San José.

La neutralización de los suelos puede hacerse por aspersión y homogenización de cal como muestra la siguiente figura (fotografía 34) tomada de la restauración de suelos por Sinchi Wayra en Poopó. También luego

186

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

será necesario cubrirlos con una capa de suelo vegetal y reponer los nutrientes si la intención fuese reforestar el área.

Otra opción sería recubrir los suelos con una cobertura antidrenaje DAR de por lo menos dos capas con barrera capilar. Pero esa opción sería más cara.

FOTOGRAFÍA 34. Neutralización de suelos ácidos por dispersión de cal en Poopó-Sinchi Wayra.

FOTOGRAFÍA 35. Barrera reactiva para la neutralización de DAR de escorrentía superficial moderada.

El drenaje de aguas ácidas que salen por la bocamina descubierta, así como otras filtraciones que pudieran presentarse en la base de los desmontes restaurados, debe ser canalizado a un canal de drenaje donde se instale una barrera activa para su neutralización.

187

9. CONCLUSIONES GENERALES • En el marco del convenio UTO-COMIBOL se estudiaron varios sistemas y diseños de coberturas para la remediación ambiental de pasivos ambientales: desmontes de Itos, San José Santa Fe, Morococala y relaves de Frankeita. También se evaluó el comportamiento hidráulico de las coberturas instaladas en los desmontes de Telamayu y Santa Ana de Chocaya.

• Se hace hincapié en que la restauración debe buscar la estabilidad física, química y ambiental de las estructuras que se programen para su intervención.

• La selección de suelos para conformar las distintas capas de una cobertura debe realizarse no solo considerando sus propiedades mecánicas, sino, sobre todo, sus propiedades hidráulicas.

• El diseño de cobertura CEBC, SDR, hard pan u otros debe ser probado y optimizado y, si fuera necesario, mejorado antes de su instalación definitiva sobre los pasivos.

• No es recomendable minimizar los espesores de las distintas capas de las coberturas, a partir de 189

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

criterios económicos de costos de inversión. De ser así, lo más probable es que esas coberturas no garantizarían las estabilidades funcionales primordiales (estabilidad física, química o ambiental) • El control de eficiencia y monitoreo a largo plazo de las coberturas que se instalen en los diferentes desmontes y diques de colas servirá para acumular experiencia y efectuar las mejoras o reparaciones necesarias.

• En sitios donde no hay suficientes suelos para colocar coberturas secas de suelos, deben evaluarse otras alternativas como el retratamiento y disposición final bajo condiciones más seguras (desulfuración, etc.)

• Las conclusiones formuladas para cada tipo particular estudiado en este informe son válidas bajo las condiciones climatológicas simuladas y empleando los suelos y diseños de coberturas señalados. Cualquier extrapolación de resultados debe ser previamente verificada por simulación numérica o experimental.

190

BIBLIOGRAFÍA

1. Bussière B., Ward W., Guerreo J. (2007) Guía para el diseño de coberturas de depósitos de residuos mineros, Ministerio de energía y minas República del Perú, septiembre, Lima.

2. Dames & Moore (2001) Proyecto Nº 6, Corporación Minera de Bolivia, La Paz. 3. MDSMA-SNM (1996) Proyecto Piloto Oruro PPO. Impacto de la minería y del procesamiento de minerales en cursos de agua y lagos, La Paz. 4. Aubertin M. Recoubrements multicouches avec effets de barrières

Bussière B sèches construites a partir de résidus miniers. Phase II:

Joanes A.M. Essais en place. Rapport final soumis au Ministèred des

Monzon M. (1999) Ressources Naturelles. Projet P 1899 MEND Report 2.22.2c, Canada.

5. Bussière Bruno (2005) PROGRAMA REFORMIN II, La Paz.

MÓDULO APLICACIONES EN RESTAURACION

6. Salas Antonio et al. (2007) Cobertura SDR en las condiciones climatológicas semiáridas del altiplano boliviano. Programa REFORMIN II, La Paz. 7. Morris C. E. (1997) Capillary barriers and subtitle D covers: estimating Journal of Environmental Engineering 123: 3-10.

8. Salas Antonio (2010) Seminario de Actualización para técnicos de COMIBOL, La Paz. 9. Bussière Bruno et al. (2003) The behavior of inclined covers used as oxygen barriers. Can. Geotech. Journal 40(3) 512-535.

191

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

10. Bussière B (1999) Etude du comportement hydrique de couvertures avec effets de barrière capillaire inclinées à l´aide de modélisations physiques et numériques.

Ph D Thesis Mineral Engineering Department UQAT. 11. Quispe G. Dino, Procesos de Autoaislamiento en Residuos Productores de Aguas Ácidas Usando Cenizas Volantes.

Pérez L. Rafael Ayora I & Col Carlos Macla Nº 15 Sptbre. 2011. Revista de la Sociedad Española de Mineralogía pg 173-174.

12. Dold Bernhard (2004) Aguas ácidas: formación predicción control y prevención Bernharf. Dold@cam.unil.ch Ciencias de la Tierra, Univ. de Lausanne Suiza.

13. Demers Benoit (2003) Restauración de sitios mineros, Programa REFORMIN, BOLIVIA.

192

GLOSARIO

AEV

Valor de entrada de aire, succión a la cual empieza a drenar un suelo saturado.

BAREMSA

Empresa que reprocesa las colas antiguas de Itos.

Barrera capilar

Región delgada que impide o retiene el flujo hidráulico entre las capas u horizontes de suelos de diferente textura.

Capacidad de campo

Grado de retención de humedad máxima.

CEBC

Cobertura de efecto de barrera capilar.

Celdas experimentales a) De columna

Columna rellena con suelos de la cobertura

b) De terreno

Celda de prueba piloto in situ.

Cobertura

Capa protectora.

COMIBOL

Corporación Minera de Bolivia.

Conductibilidad Permeabilidad. hidráulica Confinamiento

Aislamiento (de agentes atmosféricos).

DAM

Drenaje ácido de mina.

DAR

Drenaje ácido de roca.

193

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

DD

Desviación y descarga

Desmontes

Acumulación de residuos mineros gruesos.

DIMA

Dirección de Medio Ambiente (COMIBOL).

Dique de Colas

Depósito de residuos mineros de grano fino.

Estabilidad física

Resistencia a la agresión de agentes físicos.

Estabilidad química

Resistencia a la agresión de agentes químicos.

FNI

Facultad Nacional de Ingeniería.

Frankeita

Mineral complejo, también nombre de una planta de tratamiento.

Geogrillas

Medio sintético para distribuir carga vertical.

Geomembrana

Lámina sintética impermeable.

Geotextile o sintético

Material de polímeros para diferentes usos.

Hard pan

Costra dura.

HºCº

Hormigón ciclópeo.

HºSº

Hormigón simple.

Humedad

Agua contenida en una capa de suelo.

Iroco

Zona cercana a la ciudad de Oruro.

Itos

Antigua planta de tratamiento.

Japo, Morococala

Distritos mineros.

Ksat

Conductibilidad hidráulica saturada m/s.

Lluvia máxima en 24 hrs. Máxima precipitación de lluvia en 50 años, mm.

MET

Ingeniería Metalúrgica.

MK Model

Software para determinar WRC.

NNP

Potencial neto de neutralización.

194

C OBE RTURAS PA R A EV ITA R LA G EN ER A CIÓN D E A G U A Á C I D A E N C O L A S Y D E SM O NT E S D E C O M I BO L

Parámetros de caracterización de suelos: Cu

Coeficiente de uniformidad,

D10

Tamaño de grano para 10% subtamaño,

D50

Tamaño de grano para 50% subtamaño,

D80

Tamaño de grano para 80% subtamaño,

ρreal

Densidad real del suelo,

ρapar

Densidad a granel ( peso/volumen total),

ε Porosidad, Ksat

Conductibilidad hidráulica saturada,

φres

Humedad residual que no extraen las raíces.

Pasivo ambiental

Residuo abandonado con impacto negativo.

Plataforma

Superficie plana de suelo compacto.

Relleno de columnas

Capa de suelos que constituyen la cobertura.

Remediación

Solución a un estado de deterioro ambiental.

Restauración

Recuperación de condiciones ambientales naturales.

San José

Distrito minero en el departamento de Oruro.

SDR

Cobertura de almacenamiento, desviación y descarga de agua (humedad).

SR

Cobertura de almacenamiento y descarga.

SENAMHI

Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología.

Sensor

Instrumento para medición continua.

Soil Cover

Software para modelamiento de coberturas.

Succión/presión

Presión que ejerce el agua/humedad al salir o ingresar a los canales intergranulares del suelo.

195

DI RE CC IÓN DE M EDIO A MB IEN T E - COR POR A CIÓN MIN ER A D E BO L I VI A

Terrazas o andenes

Bases angostas planas para la conservación de suelos.

Tyler

Escala de tamices, USA.

UQAT

Universidad de Quebec en Abitibi Temiscamingue.

UTO

Universidad Técnica de Oruro.

WEV

Valor de entrada de agua (succión residual).

WRC

Curva de retención de agua (humedad).

196