Los depósitos de estériles (DDE) son áreas operativas imprescindibles en las ope raci ones m i ne ra s actuales. Son también uno de las mayores fuentes de preocupación en lo que respecta a la magnitud de los daños que pueden causar en el evento de una falla de su estabilidad. Llevar a cabo una revisión de los diversos factores que pueden llevar a una falla, tanto en las etapas de construcción, operación como la de clausura, puede hacerse de distintas maneras, pero siempre poniendo atención en los siguientes factores propios de un DDE:
•Bases de datos de inestabilidades, d e f o r m a c i o n e s y/ o movimientos. •Características estructurales del material vertido, especialmente lo referente a sus resistencias al corte.
•Valores de los factores de seguridad a falla por rotura.
•Altura de los frentes de vaciado.
•Calidad de las cimentaciones
L a e x i s t e n c i a d e deformaciones en un DDE es la razón primordial de su incremento en la probabilidad de falla; estas deformaciones pueden deberse a movimientos debido a una cimentación deficiente, diferenciales de tensión total e intersticiales debido a las filtraciones meteóricas, granulometrías del vertido excesivamente d i f e r e n c i a d a s e n t r e otras. Frecuentemente es ta s d efo r m a ci o n es causan asentamientos o desplazamientos por cizallamiento a lo largo de una superficie de rotura, dando lugar a un escurrimiento incontrolado del DDE.
Como ya se mencionó, es importante el monitoreo de las deformaciones de los DDE para asegurar los siguientes aspectos:
•Predicción asertiva del comportamiento estructural del DDE.
•Seguridad operativa del personal y de los equipos.
•Fuente de información para la mejora de diseño y operación de DDE actuales y futuros.
Es raro la falla indetectable de un DDE, pues dichas fallas suelen ir precedidas de múltiples señales, (algunas de las cuales pueden sucederse incluso meses antes de una falla); estas señales suelen ser:
•Fracturas de tensión en la plataforma de vertido
•Presencia de deformaciones o discontinuidades
•Aumento del ritmo de deformación
•Fracturamiento notorio en cimentación
•Aumento de presiones intersticiales
Existen una serie de pasos para detectar y evaluar algunas de las posibles fallas mencionadas arriba, sin embargo, ante el temor de lo que una falla de esta magnitud en un DDE significaría para la operación, frecuentemente se abusa de los sistemas de detección, creando complejidades en su interpretación que imposibilitan la rápida respuesta que en ocasiones es necesaria.
I M P O R T A N C I A D E L MONITOREO
Es sumamente obvio lo importante que es conseguir condiciones de operación seguras para los trabajadores que laboran en un DDE; los operarios que pasan la mayor parte del día en la zona del DDE pueden ser extremadamente útiles en la detección de factores de riesgo si se les enseña a detectarlos oportunamente, pudiendo ser en ocasiones de mayor utilidad que la información obtenida de la instrumentación técnica; esta detección por parte de los trabajadores de forma visual es un complemento de otras técnicas de monitoreo. Los movimientos del material vertido en un DDE pueden ocurrir por varias razones, incluidas las siguientes:
•Asentamiento del material vertido con el tiempo. Esto normalmente provocaría d e s p l a z a m i e n to s d e cizalladura mínimos, pero potencialmente sumados podrían ser causa de una rotura por cizallamiento.
•La consolidación de suelos subyacentes.
•Movimientos de cizalladura dentro del DDE. U n a c l a ve p a ra l a interpretación correcta de los resultados del monitoreo es la separación de los movimientos de asentamiento de los movimientos de cizalladura, que son el resultado de inestabilidad dentro del DDE. Esta difícil interpretación se ve muy auxiliada por los vectores de movimiento obtenidos por técnicas instrumentales
DETECCION DE INDICADORES VISUALES
La inspección visual es el medio más empleado y práctico para la vigilancia de los DDE. Todo el equipo técnico, (ope rado res y super visión) deben c a p a c i t a r s e e n l a identificación de señales de inestabilidad, mediante i n d i ca d o res g ráf i cos sumamente fáciles de percibir. La Inspección visual es una parte extremadamente importante dentro del régimen de monitoreo de un DDE. Con todos los métodos sofisticados que existen es fácil olvidarse que el monitoreo visual ofrece una serie de ventajas y que debería ser considerado como un método complementario a otros basados en instrumentaciones tecnológicas. Cualquier programa de monitoreo visual debe incorporar los elementos siguientes:
•Sistematización de la observación enfocada en las características propias del DDE y registro de la información, con el cruce de datos de otras actividades de la operación del DDE.
•Listas de chequeo simples, que no provoquen en el observador la sensación de que no se refleja lo que él está viendo.
•Cruce de observaciones en equipos o personal distinto. Es útil tener el mismo equipo que haga las observaciones d u ra nte u n p e r í o d o prolongado de tiempo con revisiones periódicas por personal distinto.
•Etiquetar y archivar las fotografías. Las fotografías generales de situación, así como los detalles específicos, como grietas de tracción, deben tomarse de una manera regular y continuada.
Existen una serie de indicadores visuales que pueden reflejar problemas de estabilidad en un DDE:
•Fracturamiento en crestas excesivo.
•N i vel es de vaci ado irregulares.
•Frecuente necesidad de relleno en cresta.
•Abombamiento del talud del DDE.
•Deslizamientos en pie del DDE. Estos indicadores deben revisarse frecuentemente y reportarse, aun cuando se consideren normales, puesto que una vez que se relacionen con las lecturas de los instrumentos pueden ser el complemento que dispare las alarmas.
INSPECCION VISUAL EN CRESTAS
Los indicadores visuales más comunes en las crestas de un DDE pueden ser:
•Rocas sueltas o pequeños derrumbamientos producidos durante el asentamiento del material.
•Pendiente excesiva en inicio de talud.
•Grietas de tamaño mayor al normal
•Grietas que requieren frecuente relleno
• L i g e r a c o n c a v i d a d superficial del inicio del talud.
INSPECCION VISUAL DEL TALUD
Los indicadores visuales más comunes en el talud de un DDE pueden ser:
•Abombamiento de talud en cresta o centro: debido p r i nci pa l mente a l a segregación de finos, ritmo de carga excesivo o saturación húmeda del material; no es un gran problema en sí, pero si no se normaliza al ángulo de reposo puede ocasionar exceso de peso en la zona generando una rotura.
•Abombamiento al pie del talud: es la señal más urgente de atención de una posible deformación catastrófica; cuando, según las lecturas d e l os i n s t r u m entos, (es conveniente tener instrumentada tanto cresta como pie) el abombamiento no se detiene, debe interrumpirse el vertido, que podrá reanudarse, con cautela, una vez que los instrumentos indiquen que la deformación se ha detenido.
INSPECCION VISUAL DE LA CIMENTACION
Los indicadores visuales más comunes en la cimentación de un DDE pueden ser:
•Aparición de los materiales de cimentación en el pie del DDE (elevación)
•Aparición de partículas de materiales de cimentación al pie del DDE (rotura)
INSPECCION ACUSTICA DEL DDE
Los indicadores acústicos más comunes de un DDE pueden ser:
•Ruidos o crujidos en el pie del talud: suelen preceder a la rotura de la estructura. Debido posiblemente a la rotura de materiales de menor resistencia.
•Ruidos en el talud: difíciles de detectar por su ubicación, son señales del rozamiento interno de las partículas y en si no son propiamente una señal de alarma, a menos que sean excesivamente fuertes o frecuentes.
•Ruidos en la cresta: La percepción de cualquier tipo de ruido en la cresta es la señal más peligrosa de una inminente falla, pues usualmente es señal de algún tipo de rotura gravitacional de la totalidad del DDE. al rozamiento lento entre las superficies de las rocas más competentes.
La detección de cualquiera de estos ruidos debe reubicar los trabajos de vertido hasta que se haya restablecido el equilibrio.
MONITOREO DE UN DDE POR INSTRUMENTOS
La se l ecci ó n d e l a instrumentación optima y su instalación para un programa de monitoreo instrumentado es un proceso que debe realizarse con extremo cuidado; la tentación de equipar al DDE con un exceso de instrumentos (y el consiguiente incremento del costo) es muy alta debido al riesgo potencial; como todo proceso debe basarse en una metodología que me permita tener lo necesario y óptimo para asegurar un perfecto funcionamiento. Dunnicliffe, (1989) propuso los siguientes pasos:
•Predicción del modo potencial de rotura a ser diagnosticado.
•Definición de los parámetros a monitorear y dudas que deben ser respondidas.
• S e l e c c i ó n d e l a i n s t r u m e n t a c i ó n y localización de las estaciones para resolver las dudas planteadas.
•Evaluación de los factores que pueden influir en medidas o pueden llevar a interpretaciones incorrectas.
•Preparar el presupuesto y el plan de instalación incluidas las especificaciones.
•Preparar la recogida de datos, procesamiento, interpretación y canales de comunicación. • I n s t a l a c i ó n d e l a instrumentación.
•Calibración/chequeo de la instrumentación.
•Proceder con las medidas de monitoreo y el resultado introducirlo en el Método Observacional. Esto incluye la interpretación de los resultados, valoración, y decisiones con respecto a las acciones requeridas
E L E C C I Ó N D E L A INSTRUMENTACIÓN SEGÚN L AS NECESIDADES DE MONITOREO Como se mencionó, la predicción del potencial modo de falla llevará a la selección de la instrumentación requerida. Una posibilidad a considerar es usar un sistema de instrumentación particular con la adquisición de datos remotos, cuyas ventajas pueden ser las siguientes:
•Reducción de los costes de personal, particularmente cuando el periodo de supervisión se incrementa a las 24 horas.
•Uniformidad en las lecturas.
•Posibilidad de periodos m o n i t o r e o m á s frecuentemente (incluso continuos) y examinar las lecturas en la oficina.
•Posibilidad de preparar alarmas automáticas y teléfonos que advierten si existen peligros. Un posible inconveniente es que haya una menor inspección visual del DDE, a menos que se tomen medidas específicas para asegurar que dicha inspección sea continuada. Detección de Movimientos Los métodos disponibles aplicables al monitoreo del movimiento de un DDE son:
•Extensómetros de cables: Los extensómetros son aparatos que se utilizan para medir la variación de distancia entre dos puntos, y pueden ser de lectura manual o encontrarse conectados a dispositivos de registro que proporcionan la representación de los movimientos con respecto al tiempo.
•Extensómetros enterrados: Estos extensómetros pueden ser de tipo convencional flexible (enrollado) o equipos similares modificados para su uso en DDE´s. Las ventajas principales incluyen la disponibilidad, el coste, la adaptabilidad a la adquisición de los datos y la perturbación limitada por actividades en la superficie del DDE. Los inconvenientes incluyen el hecho de que el instrumento sólo registra movimientos en una dirección paralela al instrumento (normalmente horizontal) y problemas potenciales con atascos en los bordes afilados.
•Inclinómetros móviles y fijos: se emplean, generalmente, para medir la componente horizontal de los movimientos que experimenta el depósito o el movimiento diferencial en el contacto con la cimentación. Su empleo es mucho menos frecuente que el de los extensómetros debido a su mayor coste, a su dificultad de instalación y a su corta vida dada la naturaleza dinámica de los DDEs mineros.
•Levantamiento topográfico: L a s i n s p e c c i o n e s topográficas se emplean frecuentemente en las minas, ya que constituyen un método económico y eficaz para reunir datos de los movimientos verticales de asentamiento y totales. El mayor inconveniente de l a s i n s pecci ones de reconocimiento se encuentra en su condición discontinua. Son necesarias mediciones frecuentes para definir adecuadamente tendencias a corto plazo.
Mediante los GPS (Sistema d e Po s i c i o n a m i e n t o Global), tecnología que permite la determinación del vector de movimiento completo de forma continua se ha facilitado estos levantamientos topográficos. Detección de Presiones intersticiales del agua Las presiones intersticiales son un factor sumamente importante que relaciona la incidencia de todas las formas de rotura por cizalladura en los DDE.
La presión del poro es, probablemente, el parámetro más importante para llegar a comprender los cambios en la estabilidad de un DDE. En muchos casos, también sirve para entender la velocidad de movimiento como respuesta a la carga del material de la base por el DDE. Puesto que las presiones intersticiales son extensamente moderadas en proyectos de ingeniería civil, existe una buena comprensión del problema y una amplia gama de instrumentación disponible. Desgraciadamente, debido a la dificultad de poner piezómetros en el DDE y material del cimiento, se miden sólo de vez en cuando presiones intersticiales en DDEs en operación.
Los dispositivos que sirven para auscultar la presión intersticial pueden dividirse en dos categorías:
•Instrumentos que se sellan dentro de la formación y proporcionan la medida de la presión de poro en un punto definido (piezómetros), y
•Barrenos abiertos o pozos del tipo standpipes los cuales proporcionan la presión media en una considerable longitud del barreno. El uso de esta última instrumentación (i.e., dispositivos en barrenos abiertos) generalmente no se recomienda, ya que los resultados pueden estar distorsionados debido a las interconexiones entre las zonas de presión altas y bajas. Las únicas excepciones son los de tipo standpipes instalados en formaciones conocidas como homogéneas o para muestras de agua en formaciones homogéneas cercanas.
•Células de carga
OTR A S T E CN I CA S D E MONITOREO
Monitoreo por emisión acústica (EA) El concepto de emisión acústica (EA) es relativamente simple. Cuando los materiales deslizan y se rompen, se produce un ruido que puede ser detectado mediante el empleo de acelerómetros (geófonos).
El método se ha usado con éxito para predecir roturas en deslizamientos (Jurich, 1975), diques (deMonte, 1988), y para identificar áreas de rotura dentro de la cimentación de diques (Carabelli, 1987). Los equipos se han empleado frecuentemente en minas para detectar zonas de rotura (Blake, 1982 y Hardy, 1985). Schlumberger (1991) está trabajando en equipos que permiten detectar la localización de superficies de cizalladura y que podrían ser aplicados a la auscultación de DDEs. En la actualidad, el empleo de la emisión acústica está en fase de investigación y los adelantos pueden ir encaminados a poder predecir o detectar ciertos tipos de inestabilidad en los DDE´s así como de la degradación de los materiales de las mismas co m o r e s u l ta d o d e cizallamientos en su interior. Monitoreo por emisión electromagnética A partir de los estudios geofísicos de los terremotos se ha establecido que hay una liberación de energía electromagnética (EM) (i.e. ruido de radio) cuando las partículas de roca se fracturan.
El método tiene ventajas potenciales en el monitoreo de taludes de DDE. Las roturas pueden predecirse dentro de la masa de el DDE donde las emisiones de EM pueden estar ocurriendo como resultado de la ruptura de partículas de roca durante el desarrollo de una zona de rotura Monitoreo por Videometría L a v i d e o m e t r í a o videogrametría se refiere a los conjuntos de cámaras de video que, usados junto con métodos de procesamiento de la imagen, permiten medir la posición, orientación y movimiento de objetos en tres dimensiones.
La videogrametría puede ser empleada para modelizar un DDE por identificación de características visuales y analizando el movimiento de estas características durante un largo período de tiempo. La adquisición automatizada y el análisis de datos de imágenes que se emplean en tales sistemas proporcionan la capacidad de realizar a largo plazo una auscultación, pudiéndose colocar sistemas de alarma o emergencia en el caso de que hubiera desplazamientos en el DDE. Monitoreo con Cámaras láser y Microondas Un sistema láser consta de un proyector de luz y una cámara de video para medir superficies en tres dimensiones.
El objeto es descrito asignando coordenadas X, Y, Z a cada pixel de la imagen. El equipo consiste en una cámara de video y un proyector del láser que se colocan en un punto conocido. El láser escanea la zona que la cámara de video puede grabar. Un ordenador posiciona el rayo de luz, traza el rayo en la imagen y calcula las coordenadas de los puntos. Similar a las cámaras Laser, el desarrollo de esta tecnología de microondas y radar permite proporcionar datos útiles sobre DDE´s de grandes dimensiones. Monitoreo por Termografías Las termografías pueden emplearse si el DDE se construye encima de capas de hielo o nieve, o si se espera que se produzca autocombustión de los materiales depositados. La medida de temperatura se hace generalmente usando termopares unidos a cables que se entierran en el DDE o también mediante fotografías infrarrojas. Monitoreo por Muestreo de los estériles vertidos Es probable que muestreando el material del DDE dentro de la misma se obtenga una información muy útil con respecto a ciertos modos de rotura potenciales, como la licuefacción.
Actualmente, el muestreo de materiales g ranula res, como el material granular típico de un DDE, está más allá de la tecnología disponible. Los métodos que podrían ser considerados incluyen la congelación (para los materiales saturados), varios métodos de inyección y métodos de ensayo in situ. En la actualidad no hay ningún método disponible que sea claramente capaz de proporcionar esta información. Hoy en día, no es posible muestrear partículas o fragmentos rocosos muy gruesos de DDEs. PRINCIPALES
PROBLEMAS EN EL MONITOREO
•Recopilación de datos del ritmo de movimiento vs. cantidad de movimiento. Los inconvenientes incluyen la dificultad de extrapolar el momento de rotura, la falta de reconocimiento de ciertas tensiones elevadas relacionadas con las formas de rotura y el registro completo del movimiento del DDE. Un inconveniente mayor del sistema es la variación de lectura con la dirección del vector de movimiento.
•Variación de las lecturas d e p e n d i e n d o d e l a dirección del vector de movimiento comparada con la orientación del cable. Si el vector de movimiento del DDE no es paralelo al cable, no se medirá el vector de movimiento completo. La proporción del vector realmente medido puede variar de 0 % a 100 % en situaciones comunes.
•Falta de datos internos del DDE. El estado de la DDE está normalmente determinado por la observación de su superficie. El estado interior del depósito, normalmente, se desconoce. •Falta de tecnología adecuada para perforar en los DDEs: las técnicas disponibles para perforar no suelen ser satisfactorias en materiales tan sueltos e inconsistentes como los estériles de un DDE. De aquí que, generalmente, aun existiendo alguna instrumentación disponible que podría ser usada, no se instale dentro de los DDEs.
•re l aci onado con l a actividad en el DDE, caídas/ deslizamientos de rocas y vandalismo. •Necesidad de mover los puntos de auscultación de la superficie o la instrumentación: Mover los instrumentos, como por ejemplo los extensómetros de cables, que produce un registro discontinuo d e m ov i m i e ntos, n o obteniéndose el movimiento total del depósito a lo largo del tiempo.
•Lecturas al azar o incluso ausencia de lecturas de los equipos de auscultación durante los periodos de fiestas, etc., o después del cierre de las minas.
•Adquisición/transmisión de los datos e interpretación: La tendencia en este campo de la ingeniería es considerar la adquisición de los datos por control remoto y la transmisión a una estación de proceso central. La interpretación continua de los datos se percibe como un requisito para cubrir con volúmenes grandes de datos obtenidos por sistemas automáticos. El comportamiento real del DDE puede así relacionarse con un modelo previsto a ajustar éste en caso de desviaciones importantes.
MANEJO Y ARCHIVO DE LA INFORMACIÓN DEL MONITOREO
El correcto archivo de la información posibilita el desarrollo de criterios empíricos de estabilidad; de ahí su gran importancia. Mediante el registro de los datos recogidos se puede evaluar el impacto que tiene cada uno de los parámetros estudiados en la estabilidad. Una lista de los parámetros a estudiar es la siguiente:
•Ritmos de desplazamiento.
•Ritmo de avance de la cresta.
•Calidad de los materiales.
•Meteorología
•Voladuras.
•Actividad sísmica.
•Topografía original.
Estos registros se deben realizar cualquiera que sea la clasificación en cuanto a estabilidad del DDE, con la periodicidad requerida en función a los problemas de estabilidad detectados. Todos los datos recogidos en la misma mina deben revisarse regularmente, de forma que se puedan efectuar los cambios que sean eventualmente necesarios y se reflejen lo antes posible en la operación del DDE. E l m a n e j o d e e s ta información debe ser llevado a cabo preferentemente por un Ingeniero especializado.
Comments