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8/2/2019 XXII_Coberturas

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REPBLICA DEL PER

MINISTERIO DE ENERGA Y MINAS

GUA PARA EL DISEO DE COBERTURASDE DEPSITOS DE RESIDUOS MINEROS

SUB - SECTOR MINERA

LIMA - PER

DIRECCIN GENERAL DEASUNTOS AMBIENTALES MINEROS


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Preparado por

Ward Wilson, Ph.D., P.Eng.

Bruno Brussire, Ph.D., P.Eng.

Ing. Juan Guerreo

por encargo del

Todos los derechos reservados. Esta gua no puede ser total o parcialmentereproducida, memorizada en sistemas de archivo o transmitida en cualquierforma o medio electrnico, mecnico, fotocopia o cualquier otro sin laautorizacin previa del Ministerio de Energa y Minas del Per.

Primera Edicin: Setiembre de 2007


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Repblica del Per Ministerio de Energa y Minas

NDICE

Seccin Pgina

NDICE........................................................................................................................... III

ACRNIMOS ................................................................................................................ XI

PRESENTACIN........................................................................................................XIII

1 INTRODUCCIN .................................................................................................. 1

1.1 Drenaje cido de Rocas............................................................................ 1

1.2 Mtodos de Control de ARD ..................................................................... 2

1.3 Objetivos y Contenido de la Gua............................................................. 3

1.4 Limitaciones de la Gua ............................................................................. 5

2 PRINCIPIOS TERICOS...................................................................................... 7

2.1 Flujo de agua a travs de los materiales de cobertura .......................... 7

2.2 Flujo de Oxgeno a travs de Materiales de Cobertura .......................... 92.2.1 Flujo Difusivo................................................................................................ 92.2.2 Flujo Advectivo........................................................................................... 11

2.3 Propiedades de Suelo No Saturado ....................................................... 112.3.1 Curva de Retencin de Agua (WRC)......................................................... 112.3.2 Funcin de Permeabilidad ......................................................................... 12

2.4 Efectos de Barrera Capilar ...................................................................... 152.5 Interacciones Suelo-Atmsfera .............................................................. 17

3 COBERTURAS DE ALMACENAMIENTO Y DESCARGA YCOBERTURAS DE ALMACENAMIENTO, DESVIACIN Y DESCARGA ........ 21

3.1 Cobertura SR ............................................................................................ 223.1.1 Impacto de las Propiedades del Suelo No Saturado................................. 233.1.2 Impacto del Espesor de la Capa................................................................ 263.1.3 Impacto de las Condiciones Climticas ..................................................... 26

3.2 Cobertura SDR ......................................................................................... 283.2.1 Efecto de la pendiente ............................................................................... 28

3.2.2 Modelamiento Numrico............................................................................ 313.2.3 Efecto de la tasa de precipitacin.............................................................. 333.2.4 Efecto de la conductividad hidrulica saturada ......................................... 343.2.5 Efecto del espesor de la cobertura ............................................................ 34

3.3 Metodologa para el diseo..................................................................... 363.3.1 Caracterizacin de los materiales de la cobertura Paso 1 ..................... 363.3.2 Recoleccin de informacin climtica y acerca de la vegetacin

Paso 2 ........................................................................................................ 363.3.3 Evaluacin preliminar del espesor de la cobertura Paso 3 .................... 373.3.4 Modelamiento numrico del flujo no saturado Paso 4............................ 383.3.5 Modelamiento fsico Paso 5..................................................................... 383.3.6 Diseo final, construccin y monitoreo a largo plazo - Pasos 6 y 7 .......... 39

3.4 Comentarios finales................................................................................. 404 COBERTURA CON EFECTOS DE BARRERA CAPILAR................................. 43


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4.1 Generalidades .......................................................................................... 43

4.2 Configuracin Tpica ............................................................................... 43

4.3 Principales Factores de Influencia Anlisis NumricoUnidimensional ........................................................................................ 444.3.1 Descripcin del Modelo Numrico ............................................................. 454.3.2 Impacto de las Propiedades del Suelo No Saturado y Configuracin

de la Cobertura .......................................................................................... 474.3.3 Impacto de la capa de grano grueso de la base........................................ 534.3.4 Impacto de la Superficie Fretica .............................................................. 53

4.4 Impacto de la Pendiente Anlisis Numrico Bidimensional ............. 544.4.1 Descripcin del Modelo Numrico ............................................................. 554.4.2 Efecto de las propiedades del material en la distribucin del agua

en la capa de retencin de humedad ........................................................ 604.4.3 Impacto sobre la Capacidad para Limitar la Migracin del Oxgeno......... 61

4.5 Otros factores de Influencia.................................................................... 634.6 Metodologa para el Diseo .................................................................... 66

4.6.1 Caracterizacin de los Materiales de la Cobertura Paso 1 .................... 684.6.2 Recoleccin de Informacin Climtica Paso 2 ....................................... 694.6.3 Evaluacin Preliminar Paso 3.................................................................. 704.6.4 Modelamiento Numrico Paso 4.............................................................. 704.6.5 Modelamiento Fsico de Laboratorio Paso 5 .......................................... 714.6.6 Diseos de Prueba In Situ Paso 6.......................................................... 714.6.7 Diseo final, Construccin y Monitoreo a Largo Plazo Pasos 7 y 8....... 72

4.7 Comentarios Finales................................................................................ 72

5 INSTRUMENTACIN Y MONITOREO............................................................... 75

5.1 Parmetros Fundamentales.................................................................... 75

5.2 Medicin de la Succin ........................................................................... 755.2.1 Tensimetros ............................................................................................. 755.2.2 Bloque de Resistencia Elctrica ................................................................ 765.2.3 Bloques de Yeso........................................................................................ 765.2.4 Sensor de Matriz Granular o Bloques Watermark..................................... 775.2.5 Sensor de Disipacin de Calor .................................................................. 785.2.6 Sicrmetro de Suelo .................................................................................. 785.2.7 Potencimetro WP4................................................................................... 795.2.8 Equitensimetro EQ2................................................................................. 805.2.9 Interruptores Electro-pticos...................................................................... 81

5.2.10 Tcnica del Papel de Filtro ........................................................................ 815.2.11 Resumen de los Mtodos de Medicin de la Succin............................... 82

5.3 Medicin del Contenido Volumtrico de Agua...................................... 835.3.1 Mtodos Gravimtricos.............................................................................. 835.3.2 Mtodos Radioactivos................................................................................ 845.3.3 Mtodos Dielctricos.................................................................................. 875.3.4 Mtodos Geofsicos de Campo a Gran Escala.......................................... 945.3.5 Resumen de los Mtodos de Medicin del Contenido Volumtrico

de Agua...................................................................................................... 97

5.4 ParmetrosMeteorolgicos.................................................................... 995.4.1 Precipitacin............................................................................................. 1005.4.2 Temperatura............................................................................................. 100

5.4.3 Humedad Relativa ................................................................................... 1005.4.4 Velocidad del Viento ................................................................................ 1005.4.5 Evaporacin ............................................................................................. 100


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5.5 Tasa de Filtracin y Calidad de Agua .................................................. 1035.5.1 Lismetros de Succin.............................................................................. 1035.5.2 Lismetros de Filtracin............................................................................ 104

5.6 Pruebas Modificadas de Consumo de Oxgeno y Perfiles deConcentracin de Oxgeno ................................................................... 1055.6.1 Pruebas Modificadas de Consumo de Oxgeno ...................................... 1055.6.2 Mtodo de la Gradiente de Oxgeno........................................................ 106

5.7 Comentarios Finales.............................................................................. 107

6 LA REVEGETACIN DE COBERTURAS DE DEPSITOS DE RELAVESY ROCAS DE DESMONTE............................................................................... 109

6.1 Objetivos................................................................................................. 109

6.2 Principales Ventajas, Funciones y Dificultades que tienen laVegetacin en los Programas de Revegetacin de Coberturas........ 1096.2.1 Ventajas del Uso de la Vegetacin.......................................................... 1096.2.2 Funciones de la Vegetacin..................................................................... 1096.2.3 Limitaciones que se tiene el uso de plantas en programa de

revegetacin de coberturas de relaves y rocas de desmonte................. 110

6.3 El proceso de Revegetacin de Coberturas de Relaves y Rocasde Desmonte........................................................................................... 1126.3.1 Determinacin del Uso de la Tierra ......................................................... 1126.3.2 Extendido del suelo superficial antes de la revegetacin.......................... 1136.3.3 Mejoramiento de las propiedades fsicas, qumicas y biolgicas del

suelo a ser utilizado en la revegetacin .................................................... 113

6.4 Seleccin de Especies de Plantas........................................................ 115

6.4.1 Requerimientos de Suelo......................................................................... 1176.4.2 Requerimientos Climticos ...................................................................... 1176.4.3 Principales Mtodos de Propagacin ...................................................... 120

6.5 Sistemas de Plantacin......................................................................... 1206.5.1 Dosis de Siembra y Semilla de Pastos.................................................... 1216.5.2 Siembra Indirecta - TRANSPLANTE ....................................................... 121

6.6 Manejo y monitoreo de las tierras revegetadas.................................. 121

6.7 Estudio de Casos sobre Experiencias de Revegetacin deCoberturas de Relaves y Desmontes de Roca.................................... 1236.7.1 Caso A: Compaa de Minas Buenaventura S.A.A. - Unidad Minera

Recuperada - Huancavelica..................................................................... 123

6.7.2 Caso B: Cia. Minera Milpo (Aguirre, A. y Otros. 1995)............................ 1246.7.3 Caso C: Compaa Minera Centromin Per en Quiulacocha.................. 1266.7.4 Caso D: Experiencias de Revegetacin en Minera Yanacocha.............. 128

7 RESUMEN DE CASOS DOCUMENTADOS..................................................... 131

7.1 Equity Silver ........................................................................................... 131

7.2 Rum Jungle............................................................................................. 136

7.3 Mina Barrick Goldstrike......................................................................... 143

7.4 Les Terrains Aurifres (LTA)................................................................. 148

7.5 Mina de Oro Kidston .............................................................................. 153

7.6 Mina Kristineberg................................................................................... 1567.7 Mina Lorraine.......................................................................................... 163


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7.8 Conclusin.............................................................................................. 168

8 REFERENCIAS................................................................................................. 171

Lista de Tablas

Tabla 2-1 Ecuaciones de Modelos Usados para Describir la Curva de Retencin deAgua de Materiales Granulares............................................................................. 14

Tabla 2-2 Algunos modelos usados para Describir la Conductividad Hidrulica .................. 16

Tabla 3-1 Expresiones Matemticas de las Soluciones Analticas para una BarreraCapilar Homognea Inclinada ............................................................................... 31

Tabla 3-2 Principales Propiedades Hidrulicas de los Materiales......................................... 32

Tabla 4-1 Principales Caractersticas de las Capas de la CCBE.......................................... 44

Tabla 4-2 Principales Caractersticas de los 6 Casos Modelados......................................... 47

Tabla 4-3 Principales Propiedades Hidrulicas de los Materiales Utilizados........................ 58

Tabla 4-4 Principales Caractersticas de las Simulaciones Numricas Desarrolladasen las Presas de Relaves Cubiertos...................................................................... 58

Tabla 4-5 Principales Propiedades de la Arcilla Sometida a Ciclos deCongelamiento/Descongelamiento (Dagenais 2005)............................................ 64

Tabla 6-1 Altura del Topsoil para ser Almacenado y Evitar su Compactacin.................... 112

Tabla 6-2 Algunas Consideraciones para la Seleccin de Especies de Plantas ................ 116

Tabla 6-5 Limitaciones para Siembra de Pastos con Diferentes Sistemas de

Plantacin en Hileras, al Voleo e Hidrosiembra.................................................. 120Tabla 6-6 Tratamientos de las Especies Vegetales ............................................................ 125

Tabla 7-1 Propiedades principales de los materiales de morrena usados en lacobertura de Equity Silver (modificadas de Weeks y Wilson 2005).................... 133

Tabla 7-2 Propiedades del material para cada capa del sistema de cobertura .................. 139

Tabla 7-3 Datos de carga histricos de contaminantes seleccionados............................... 141

Tabla 7-4 Propiedades principales de los materiales usados en la cobertura de LTA(de Bussire et al. 2006)...................................................................................... 151

Tabla 7-5 Resultados de las mediciones de oxgeno en la mina Kristineberg.................... 161

Tabla 7-6 La cantidad de oxgeno disuelto que ingresa a los relaves en la mina(Carlson 2002) ..................................................................................................... 161

Tabla 7-7 Propiedades de los materiales usados en la CEBC de las pruebas delaboratorio previas a la construccin ................................................................... 165

Tabla 7-8 Resumen de la rehabilitacin de diferentes minas.............................................. 169

Lista de Figuras

Figura 2-1 Flujo del Agua a travs de un Elemento de Suelo (inspirada en Hillel 1980) ......... 9

Figura 2-2 Comparacin entre Valores de Coeficiente de Difusin........................................ 11

Figura 2-3 Curvas de Retencin de Agua de Muestras de Relaves Mineros yDesmonte............................................................................................................... 13


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Figura 2-4 Curvas de Conductividad Hidrulica Insaturada de Relaves Mineros yDesmonte............................................................................................................... 13

Figura 2-5 Perfiles de Contenido Volumtrico de Agua y Succin......................................... 17

Figura 3-1 Curvas de Retencin de Agua de los Materiales Tpicos Utilizados en unaCobertura SDR (MEND 2001) ............................................................................... 22

Figura 3-2 Curvas de Retencin de Agua de los Materiales Tpicos Utilizados en unaCobertura SDR (de Khire et al. 2000) ................................................................... 23

Figura 3-3 Propiedades Hidrulicas No Saturadas de los Materiales Utilizados en elEstudio Numrico Paramtrico (Khire et al. 2000) ................................................ 24

Figura 3-4 Impactos de las Propiedades No Saturadas del Material de Grano Fino enla Infiltracin del Agua ........................................................................................... 25

Figura 3-5 Impactos de las Propiedades No Saturadas del Material de Grano Gruesoen la Infiltracin del Agua ...................................................................................... 25

Figura 3-6 Impactos del Espesor de la Capa de Retencin de Humedad.............................. 26Figura 3-7 Impactos del Espesor de la Capa de la Base (de Grano Grueso) en la

Infiltracin del Agua a travs de las Coberturas (Khire et al. 2000) ...................... 27

Figura 3-8 Impactos de las Condiciones Climticas en la Infiltracin del Agua a travsde las Coberturas................................................................................................... 28

Figura 3-9 Esquema de una Cobertura de Capas.................................................................. 29

Figura 3-10 Ejemplo de la Influencia del ngulo de la Pendiente en la Longitud Efectivade la Barrera Capilar.............................................................................................. 30

Figura 3-11 Malla Tpica Utilizada en los Clculos de Flujo No Saturado................................ 33

Figura 3-12 Evolucin de la Posicin z85 (m) del Punto DDL (z85) en la Precipitacin............. 34Figura 3-13 Ubicacin del Punto DDL (z85) despus de las Precipitaciones............................ 35

Figura 3-14 Evolucin de la Ubicacin del Punto DDL (z85) durante la Precipitacin .............. 35

Figura 3-15 Diagrama para el Diseo de la Cobertura de Almacenamiento, Derivacin yDescarga................................................................................................................ 40

Figura 4-1 Configuracin Tpica de una CCBE para Limitar la Produccin de ARD(Aubertin et al. 1995) ............................................................................................. 45

Figura 4-2 Propiedades Hidrulicas de los Materiales para el Modelamiento NumricoUnidimensional ...................................................................................................... 46

Figura 4-3 Evolucin del Grado de Saturacin y Succin en Cobertura de Dos Capas

de Limo Touchet y Arena Crab Creek ................................................................... 48Figura 4-4 Evolucin del Grado de Saturacin y Succin en Cobertura de Dos Capas

de Limo Touchet y Arena Crab Creek Modificada................................................. 50

Figura 4-5 Evolucin del Grado de Saturacin (arriba) y Succin en la Cobertura deTres Capas de Relaves Finos ............................................................................... 51

Figura 4-6 Evolucin del Grado de Saturacin y Succin en la Cobertura de TresCapas de Relaves Finos colocada entre Dos Capas de Arena Crab Creek......... 52

Figura 4-7 Evolucin del Grado de Saturacin en la Cobertura de Dos capas de LimoTouchet y Arena Crab Creek................................................................................. 53

Figura 4-8 Evolucin del Grado de Saturacin en la Cobertura de Dos capas de LimoTouchet y Arena Crab Creek................................................................................. 54

Figura 4-9 Malla Tpica Utilizada en los Clculos de Flujo No Saturado................................ 56


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Figura 4-10 Curvas de Retencin de Agua y Funciones de Permeabilidad de los SuelosUtilizados ............................................................................................................... 57

Figura 4-11 Distribucin del Contenido Volumtrico de Agua .................................................. 58

Figura 4-12 Evolucin del Grado de Saturacin ....................................................................... 59

Figura 4-13 Distribucin del Contenido Volumtrico de Agua .................................................. 60

Figura 4-14 Evolucin del Grado de Saturacin en el Centro de la Capa de Retencinde Humedad .......................................................................................................... 61

Figura 4-15 Relaciones entre el Desempeo Normalizado y el Contraste de Retencinde Agua.................................................................................................................. 62

Figura 4-16 Evolucin de ksat y e con Ciclos de Congelacin-Descongelacin........................ 64

Figura 4-17 Ejemplo de Penetracin de Races a travs de la Capa Superior de unaCCBE (Trpanier 2005)......................................................................................... 65

Figura 4-18 Acercamiento del Drenaje Inferior de los Diques Estudiados ............................... 67Figura 4-19 Diagrama para el Diseo de una CCBE................................................................ 68

Figura 5-1 Tensimetro Esquemtico Instalado para Medir la Succin del Suelo ................... 75

Figura 5-2 Bloque de Yeso y Aparatos de Medicin............................................................... 77

Figura 5-3 Sensor de Matriz Granular y su Medidor Digital (Tipo Watermark)....................... 77

Figura 5-4 Fotografa y Descripcin Detallada del Sensor de Disipacin de Calor................ 78

Figura 5-5 Sensor del Sicrmetro ........................................................................................... 79

Figura 5-6 Potencimetro WP4 de Precisin Milimtrica DW4............................................... 80

Figura 5-7 Sonda de Equipotencimetro (Tipo EQ2).............................................................. 81

Figura 5-8 Comparacin entre los Rangos de Medicin de Succin para DiferentesEquipos.................................................................................................................. 83

Figura 5-9 Muestreo del Suelo utilizando un Cilindro de Volumen Conocido......................... 84

Figura 5-10 Dispositivo Experimental de Sonda de Neutrones ................................................ 85

Figura 5-11 Dispositivo Experimental de Sonda de Rayos Gamma......................................... 86

Figura 5-12 Aparato RDT y Sondas Utilizadas para Medir el Contenido de Agua ...................................... 88

Figura 5-13 Sonda de Dominio de Frecuencia Tipo Echo........................................................ 90

Figura 5-14 Equipo de Perforacin Utilizado para la Instalacin de los Tubos de Acceso ...... 90

Figura 5-15 Sensor de Reflectometra en el Dominio de Amplitud Tipo Thetaprobe............... 92

Figura 5-16 Sensor Virrib Basado en la Tcnica de Transmisin de Fase .............................. 92

Figura 5-17 Sonda TDT Utilizada en la Medicin del Contenido Volumtrico de Agua ........... 93

Figura 5-18 Rutas de Propagacin de Ondas Electromagnticas en un Suelo con DosCapas de Permisividad Dielctrica de Contraste .................................................. 94

Figura 5-19 Equipo Porttil Tipo EM 38 .................................................................................... 95

Figura 5-20 Estacin Meteorolgica Instalada en el Campo .................................................... 99

Figura 5-21 Dibujo Esquemtico de Estacin Atmosfrica de Razn de Bowen ................... 101

Figura 5-22 Representacin Esquemtica del Mtodo del Microlismetro ............................. 102

Figura 5-23 Diferentes Tipos de Muestreadores de Agua del Suelo...................................... 103Figura 5-24 Dispositivo de Muestreo de Agua en un rea Vadosa no Saturada ................... 103

Figura 5-25 Diagrama de un Lismetro Utilizado en el Muestreo de Agua............................. 104


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Figura 5-26 Representacin Esquemtica de la Prueba Modificada de Consumo deOxgeno ............................................................................................................... 106

Figura 6-1 Como Transplantar Pastos mediante Esquejes o Hijuelos ................................. 122

Figura 6-2 Perfil Final de la revegetacin de la cobertura de los Depsitos de Relaves1 y 2 ..................................................................................................................... 123

Figura 6-3 Perfil Final de la revegetacin de la cobertura del Depsito de Relave deMilpo .................................................................................................................... 125

Figura 6-4 Perfil Final de la revegetacin de la cobertura del Depsito de Relaves deQuiulacocha- CENTROMIN PERU................................................................... 127

Figura 7-1 Ubicacin geogrfica de la mina Equity Silver .................................................... 132

Figura 7-2 Plano de la mina Equity Silver: ubicacin de botaderos y equipos demonitoreo (Weeks y Wilson 2005)....................................................................... 132

Figura 7-3 Distribucin de los Sensores de Conductividad Trmica.................................... 134

Figura 7-4 Perfil de humedad del suelo en NP4 de la mina Equity Silver ............................ 135

Figura 7-5 Perfil de Humedad del Suelo en NP7 de la Mina Equity Silver........................... 135

Figura 7-6 Succin del Suelo a 58 cm de Profundidad de la Mina Equity Silver.................. 136

Figura 7-7 Ubicacin Geogrfica de la Mina Rum Jungla .................................................... 137

Figura 7-8 Mapa de la mina Rum Jungle (de Taylor et al. 2003a) ....................................... 138

Figura 7-9 Ubicacin de hoyo de sonda y pares de lismetros en las pilas de White .......... 140

Figura 7-10 Lluvias anuales e ndice de infiltracin................................................................ 142

Figura 7-11 ndice de generacin de sulfato........................................................................... 142

Figura 7-12 Mapa de la Mina Barrick Goldstrike..................................................................... 144Figura 7-13 Ubicacin de las estaciones de monitoreo de la mina Barrick Goldstrike........... 145

Figura 7-14 Profundidades de Instalacin para Sensores de Monitoreo................................ 146

Figura 7-15 Contenido de humedad del suelo vs. tiempo de cobertura de suelosuperficial............................................................................................................. 146

Figura 7-16 Contenido de humedad del suelo vs. tiempo en la cobertura de Carlin.............. 147

Figura 7-17 Variaciones de la succin cerca del talud medio superior en la cobertura desuelo superficial ................................................................................................... 147

Figura 7-18 Variaciones de la succin cerca del talud medio inferior en Carlin..................... 148

Figura 7-19 Ubicacin del emplazamiento de LTA (de Maqsoud et al. 2006)........................ 149Figura 7-20 Foto Area del Emplazamiento de LTA............................................................... 149

Figura 7-21 Vista en Plano Esquemtico del Emplazamiento LTA ........................................ 152

Figura 7-22 Evolucin de Contenido Volumtrico de Agua .................................................... 152

Figura 7-23 Evolucin del Contenido Volumtrico de Humedad............................................ 153

Figura 7-24 Ubicacin de la mina de oro Kidston................................................................... 154

Figura 7-25 Esquema de Sistemas de Cobertura de Botadero de Desmonte ....................... 155

Figura 7-26 Contenido volumtrico de agua vs. el tiempo...................................................... 156

Figura 7-27 Mapa que muestra la ubicacin del rea de explotacin de Kristineberg y laRepresa 1 ............................................................................................................ 157

Figura 7-28 Distribucin del tamao de grano de los materiales de relaves.......................... 157


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Figura 7-29 Represa 1 de los relaves de planta concentradora y ubicacin deestaciones de monitoreo...................................................................................... 159

Figura 7-30 Vista Esquemtica en Corte de las Instalaciones en la Represa 1..................... 159

Figura 7-31 Sondas de Oxgeno............................................................................................. 162

Figura 7-32 Mediciones de la Napa Fretica Colada.............................................................. 162

Figura 7-33 Ubicacin de la Mina Lorraine ............................................................................. 163

Figura 7-34 Configuracin de la Cobertura con los Instrumentos Instalados......................... 164

Figura 7-35 Grado de Saturacin y Perfiles de Succin para la Estacin B-5 ....................... 166

Figura 7-36 Grado de saturacin y perfiles de succin para la Estacin B-1......................... 167

Figura 7-37 Flujo de oxgeno diario mximo estimado a travs de la CEBC ......................... 167

Figura 7-38 Ubicacin de diferentes casos de estudio de rehabilitaciones de minas............ 168


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Acrnimos


ACRNIMOS

AEV Air Entry Value (Valor de Entrada de Aire)ARD Acid Rock Drainage (Drenaje cido de Rocas)

CCBE Cover with Capilary Barrier Effect (Cobertura con Efecto de Barrera Capilar)

DDL Down Dip Limit (Lmite Pendiente Abajo)

LAI Leaf Area Index (ndice de Area Foliar)

MEM Ministerio de Energa y Minas del Per

PLF Plan Limiting Factor (Factor Limitante de la Planta)

SDR Store-Divert-Release (Coberturas de Almacenamiento-Derivacin-Descarga)

SR Store-Release (Coberturas de Almacenamiento-Descarga)UBC University of British Columbia

UQAT Universit du Qubec en Abitibi-Temiscamingue

WEV Water Entry Value (Valor de Entrada de Agua)

WRC Water Retention Curve (Curva de Retencin de Agua)


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Presentacin


PRESENTACIN

La minera cumple un rol fundamental en la economa del Per y constituye un granfactor de desarrollo. Es el primer proveedor de divisas y aporta hoy ms del 60% deltotal de nuestros ingresos por exportaciones; no obstante, es tambin un generador deresiduos, los cuales, si no son adecuadamente manejados, tienen el potencial degenerar impactos ambientales que podran permanecer mucho tiempo despus delcierre de las operaciones. En particular, los relaves y desmontes de mina puedencontener sulfuros metlicos que, al quedar expuestos al oxgeno de la atmsfera, sonoxidados y generan drenaje cido, es decir, cido sulfrico y metales en solucin,iniciando una fuente de contaminacin que luego es muy difcil y costoso controlar.

La experiencia internacional demuestra no slo que es viable desarrollar lasactividades mineras cuidando el ambiente, sino que la excelencia ambiental constituye

un imperativo tico imprescindible de solidaridad con las futuras generaciones y parael logro del Bien Comn que es la causa final del Estado y la sociedad en todo sistemademocrtico que se expresa en la seguridad y el bienestar general de las personas sindistincin de raza, sexo, condicin econmico o de cualquiera otra ndole.

En particular, con respecto al drenaje cido, est demostrado que la mejor manera deevitar los impactos es prevenir su formacin. Por tal motivo, es necesario que el diseode las instalaciones para la disposicin de residuos mineros sea capaz de prevenir laoxidacin de los sulfuros contenidos en ellos. Esta labor puede resultar muy complejadespus del cierre de la mina, cuando ya no se cuenta con el respaldo de una operacinminera, su personal y los recursos que permitan implementar las medidas adecuadas decontrol. Sobre el particular, investigaciones desarrolladas en los ltimos aos en torno ala gestin de residuos mineros ha permitido contar con diseos efectivos de coberturasque previenen el contacto entre residuo minero y el oxgeno o el agua del entorno,evitando as la oxidacin y la consecuente generacin de drenaje cido.

Es importante, pues, que la minera en nuestro pas marche al ritmo del desarrollo dela tecnologa minera, y es por ello que nos complace poder presentar esta Gua,elaborada con el concurso de expertos canadienses y peruanos, gracias a lacolaboracin de la Agencia Canadiense de Desarrollo Internacional - ACDI a travs delProyecto de Reforma del Sector de Recursos Minerales del Per - PERCAN.

Esta Gua ser de gran utilidad para los responsables de las empresas mineras,

consultores, funcionarios del Estado y para todas las personas e institucionesinteresadas en el diseo y evaluacin de las coberturas de los depsitos de relaves ydesmontes en el marco de los planes de cierre.

El Ministerio de Energa y Minas renueva as su compromiso con los objetivostrazados por el Gobierno en la lucha contra la pobreza y en la promocin de lasinversiones responsables en nuestro pas.

Lima, 10 de setiembre de 2007

Arq. Juan Valdivia RomeroMinistro de Energa y Minas


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Introduccin


1 INTRODUCCIN

1.1 Drenaje c ido de Rocas

Es comnmente conocido que el agua superficial y el agua subterrnea circundante deuna mina pueden resultar significativamente afectadas por las actividades de unamina. En el primer texto escrito sobre calidad del agua de mina, Georgius Agrcola(1556, traducido por Hoover y Hoover en 1912) menciona:

Luego de ser lavados los minerales, el agua que ha sido usada envenena losarroyos y quebradas y destruye a los peces o los aleja.

sta es probablemente la primera referencia registrada sobre impactos ambientales

mineros y el fenmeno del drenaje cido de mina (problema comn para muchasminas metlicas, de uranio y carbn).

El Drenaje cido de Rocas (Acid Rock Drainage - ARD) puede generarse en o dentrode muchos componentes mineros como roca de desmonte, relaves, paredes del tajoabierto y labores mineras (e.g. SRK 1989; Morin y Hutt 1997). Los mineralessulfurosos como la pirita (que es el mineral sulfuroso ms abundante) se oxidancuando estn expuestos lo cual genera ARD. Esto se realiza a travs de diversasposibles vas qumicas y bioqumicas. La oxidacin de la pirita puede describirse conlas siguientes ecuaciones (e.g. Kleinmann et al. 1981; Ritcey 1989; Blowes y Ptacek1994; Evangelou 1995; Perkins et al. 1995; Morin et Hutt 1997). El primer paso es laoxidacin directa de la pirita (FeS2) por el oxgeno que produce sulfato (SO4

2-), hierro

ferroso (Fe2+

) y acidez (H+

):

++ ++++ HSOFeOHOFeS 442272 242

222 (1.1)

En el siguiente paso, el hierro ferroso se oxida a hierro frrico (Fe3+). Esta reaccin escatalizada a un pH bajo por la presencia de bacterias (principalmente por laThiobacillus ferrooxidans) aumentando el ndice de reaccin de 20 a 1000 veces (e.g.Berthelin 1987; Cook et al. 2000).

OHFeHOFe 23

22 22212 +++ +++ (1.2)

El hierro ferroso tambin puede ser oxidado para producir hidrxido de hierro(FeOOH) y acidez.

++ +++ HOHFeOOHOFe 22341 222 (1.3)

El Fe3+ es precipitado a un pH > 4 como hidrxido frrico (Fe(OH)3), que luego liberams cido al medio ambiente.

( ) ++ ++ HOHFeOHFe 33 323

(1.4)

A un pH < 4, el hierro frrico se mantiene soluble y puede oxidar a la piritadirectamente, liberando ms cido en el rea circundante.


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Introduccin


+++ ++++ HSOFeOHFeFeS 16215814 242

23

2 (1.5)

Toda la reaccin para la completa oxidacin de la pirita puede expresarse como sigue:

( ) 423222 227415 SOHOHFeOHOFeS +++ (1.6)

La oxidacin de 1 mol de pirita genera dos moles de cido sulfrico. Por lo general, enla bibliografa se considera (e.g. Aubertin et al. 2002) que la oxidacin directa poroxgeno (Ecuacin 1.1) ocurre a un pH casi neutro (5 < pH < 7), mientras que laoxidacin indirecta (Ecuacin 1.5) se produce predominantemente a un pH menor (pH 6.3) por calcita (CaCO3) y dolomita (CaMg(CO3)2), respectivamente, que son dosminerales de carbonato abundantes (Lapakko 1994).

+ +++ 24

2423 3222 SOHCOCaSOHCaCO (1.7)

( ) ++ ++++ 24

224223 32 SOHCOMgCaSOHCOCaMg (1.8)

Las ecuaciones muestran que son necesarios dos moles de calcita y 1 mol de dolomitapara neutralizar 1 mol de cido sulfrico. La capacidad de neutralizacin mineral parareducir la produccin de ARD tambin depende de los diferentes factores que afectanla reactividad de los minerales (ej. temperatura, pH, presin de CO2, rea superficialdel mineral y cristalografa). La reactividad de los minerales de carbonato puedenclasificarse desde los ms reactivos hasta los menos reactivos: calcita dolomita >Mg-ankerita > ankerita > siderita (Blowes et Ptacek, 1994). Puede encontrarse mayordetalle sobre el proceso de neutralizacin en residuos mineros en otras publicaciones

(e.g. Sverdrup 1990; Blowes et Ptacek 1994; Lapakko 1994; Sherlock et al. 1995;Aubertin et al. 2002; Jambor et al. 2002).

1.2 Mtodos de Contro l de ARD

Cuando el potencial de neutralizacin de una cantidad determinada de residuosmineros es menor que el potencial de acidificacin, se generar ARD yconsecuentemente se adoptarn medidas apropiadas en el sitio de almacenamientode residuos. En los ltimos aos se han propuesto diferentes tcnicas para reducir losimpactos ambientales del ARD. Una de stas, consiste en colectar el agua cida quedrena de los residuos mineros antes de su descarga al ambiente y tratarlo

qumicamente para producir un efluente final que cumpla con los estndaresambientales. La principal desventaja de esta tcnica es la necesidad de operar unsistema de tratamiento de ARD por dcadas, o incluso siglos, despus del cierre de lamina. Otro mtodo para controlar la produccin de ARD proveniente de los relaves


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Introduccin


mineros o rocas de desmonte es eliminar uno (o ms) de los tres componentesprincipales de las reacciones de oxidacin: oxgeno, agua y minerales de sulfuro.

Se ha propuesto la desulfurizacin ambiental para restringir la produccin de ARDproveniente de los relaves mineros (McLaughlin y Stuparyk 1994; Humber 1995;Bussire et al. 1995; Benzaazoua y Bussire 1999; 2000a, b; Bois et al. 2005). staconsiste en separar una cantidad suficiente de sulfuros (en base a la neutralizacinpotencial) de los relaves mineros. Con este proceso se obtienen dos fraccionesdiferentes que se deben manejar, los relaves desulfurizados que no generan ARD yuna cantidad menor de relaves rico en sulfuro que genera acidez. Con este mtodo,es posible reducir significativamente el volumen de los relaves generadores de acidezque se debe manejar en la superficie especialmente cuando el concentrado puede serutilizado como relleno subterrneo.

Pueden emplearse coberturas elaboradas con suelos de baja conductividad hidrulica

o con materiales sintticos para limitar el ingreso de agua (como las geomembranas ogeocompuestos de bentonita). Algunas minas en Qubec actualmente estnempleando estas coberturas para reducir la produccin de ARD (Bienvenu y Dufour1996; Lewis y Gallinger 1999). La configuracin de estas coberturas es similar a losdiseos desarrollados para el aislamiento de residuos domsticos y peligrosos (e.g.Aubertin y Chapuis 1991b; Daniel y Koerner 1993; Rowe et al. 2004). En climasridos, las coberturas con efectos de barrera capilar tambin pueden reducir lainfiltracin de agua (e.g. Williams et al. 1997; Zhan et al. 2001; Albright et al. 2005).Este tipo de cobertura ser discutido con mayor detalle ms adelante en esta Gua.

Por lo general, se considera que la creacin de barreras de oxgeno es la mejor opcinpara reducir el ARD (SRK 1989). Se han propuesto mtodos diferentes para disminuirla migracin descendente de oxgeno. Por ejemplo, puede emplearse una cobertura deagua para reducir la disponibilidad de oxgeno en los materiales reactivos (e.g. Frasery Robertson 1994; Amyot y Vzina 1997; Adu-Wusu et al. 2001; Simms et al. 2001).Las coberturas elaboradas con materiales que consumen oxgeno como residuos demadera, estircol y paja u otros residuos orgnicos (e.g. Tremblay 1994; Tass et al.1997; Cabral et al. 2000) son tambin efectivas. Otra manera de limitar la migracinde oxgeno es con el uso de una cobertura con efectos de barrera capilar (Covers withCapilary Barrier Effect - CCBE) (e.g. Rasmuson and Erikson 1986; Aubertin et al.1995; Bussire et al. 2003). Este tipo de cobertura tiene por objetivo reducir lamigracin de oxgeno manteniendo una de las capas a un alto grado de saturacin. Elalto contenido de agua (o grado de saturacin) en la capa origina un coeficiente bajo

de difusin de gas que, a su vez, permite un bajo flujo de gas (descendente oascendente). En el Captulo 4 se proporciona mayor detalle sobre los efectos de labarrera capilar y las CCBE.

1.3 Objet i vos y Contenido de l a Gua

El principal objetivo de esta Gua es presentar una metodologa para la aplicacin desistemas de coberturas para el cierre de los depsitos de relaves y desmonte de mina.En esta gua se presentan los dos tipos principales de coberturas de materialesnaturales empleadas para rehabilitar sitios mineros con ARD: las Coberturas deAlmacenamiento-Derivacin-Liberacin (Storage-Diversion-Release - SDR) y las

Coberturas con Efectos de Barrera Capilar (CCBE). Las coberturas estndar(denominadas coberturas de baja conductividad hidrulica saturada) elaboradas conmateriales geosintticos y/o suelo arcilloso no se discuten en esta Gua. Estas


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coberturas ya han sido descritas anteriormente por algunos autores (ver Daniel yKoerner, 1993, y Rowe et al., 2004, para mayor detalle).

De manera ms especfica, el principal objetivo del trabajo es resumir el conocimientoexistente sobre los principios fundamentales, diseo, construccin, instrumentacin ymonitoreo de sistemas de coberturas empleados para disminuir el drenaje de minaproveniente de la roca de desmonte y relaves. La presente Gua est basadaprincipalmente en la experiencia desarrollada en la cole Polytechnique de Montral, laUnivesit du Qubec en Abitibi-Temiscamingue (UQAT) y la University of BritishColumbia (UBC) y sus colaboradores, as como en los resultados de investigacionesrecientes e implementacin prctica de los sistemas de coberturas a nivel internacional.

La Gua se divide en siete captulos. Luego de esta breve introduccin, el Captulo 2que presenta los principios fundamentales para el funcionamiento de los sistemas decoberturas empleados para el control de la generacin de ARD. Los principales

aspectos que se discuten son la teora del flujo saturado y no saturado,desplazamiento del gas a travs de los medios porosos, propiedades del suelo nosaturado, el fenmeno denominado efectos de la barrera capilar y las interacciones delsuelo y atmsfera. Este captulo tiene por objetivo resumir la teora de los dos tipos decoberturas discutidos en esta gua y proporcionar referencias clave para losinteresados en estudiar ms a profundidad estos principios tericos.

El Captulo 3 presenta las coberturas SDR empleadas para controlar la filtracin deagua en los residuos mineros. Despus de una breve descripcin de los conceptossobre este tipo de cobertura, se presentan los principales parmetros que afectan elrendimiento de una SDR, seguidos por la influencia del talud sobre la capacidad parala derivacin del agua. Luego se presenta un mtodo que consta de siete pasos paradisear una cobertura SDR. El captulo termina con una lista de puntos que deben serevaluados para el diseo de una cobertura SDR eficaz.

El Captulo 4 est dedicado a la construccin de coberturas CCBE para reducir lamigracin de oxgeno y, consecuentemente, la generacin de ARD. Primero sepresenta la configuracin tpica de una cobertura CCBE seguida de los principalesparmetros que afectan el desempeo de la referida cobertura, con nfasis en elimpacto de la geometra. Al igual que con la cobertura SDR, se propone un mtodopara el diseo de una cobertura CCBE seguido de una serie de preguntas yrespuestas que evalan la calidad y ayudan en la definicin de una propuesta dediseo determinada.

La instrumentacin y el monitoreo son importantes en la evaluacin del desempeo delas coberturas SDR y CCBE. En ambos casos, el desempeo se relaciona con elcomportamiento hidrulico de los sistemas de cobertura. De ah que, los parmetrosprincipales a monitorear para ambos tipos de cobertura (CCBE y SDR) sean: succinde la matriz, contenido volumtrico de agua, flujo del oxgeno (para CCBE),parmetros meteorolgicos, flujo y calidad del agua. En el Captulo 5, se presentanlas diferentes tcnicas que permiten la medicin de estos parmetros seguidas de unaevaluacin corta. Para cada mtodo, se presenta una breve descripcinconjuntamente con sus principales ventajas y desventajas. El captulo tambin discutela frecuencia del monitoreo y el nmero de las estaciones de monitoreo que debeninstalarse para un monitoreo eficaz.

El Captulo 6 se relaciona con los aspectos de vegetacin de las coberturas. Enambos tipos de sistemas de coberturas (SDR y CCBE), la vegetacin afectar eldesempeo de la cobertura. En el caso de las coberturas SDR, la vegetacin


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Introduccin


aumentar principalmente el potencial de retorno del agua a la atmsfera mediante elfenmeno de transpiracin que es un efecto beneficioso para el desempeo de lacobertura. Por otro lado, la vegetacin puede afectar de manera negativa el

desempeo de la CCBE extrayendo el agua de la capa de retencin de humedad yluego aumentando el flujo de difusin del oxgeno a travs de la cobertura. Estecaptulo abarca los diferentes aspectos de la vegetacin en las minas, como lavegetacin de relaves y roca desmonte, criterios para seleccionar las especies msadaptadas y mtodos de siembra. El captulo concluye con una presentacin de losdiferentes sitios mineros del Per en donde se ha implementado un programa devegetacin, incluyendo la adicin de diferentes capas de suelo.

El Captulo 7 presenta casos bien documentados sobre rehabilitacin de sitios mineroscon sistemas de coberturas: Equity Silver (Canad), Rum Jungle (Australia), MinaBarrick Goldstrike (USA), Les Terrains Aurifres (LTA; Canad), Mina de Oro Kidston(Australia), Mina Kristineberg (Suecia), y Mina Lorraine (Canad). Cuatro de estos

sistemas de coberturas fueron construidos para actuar como una barrera de oxgeno ypara limitar (pero no eliminar) la percolacin del agua (Equity Silver, LTA, MinaKristineberg y Lorraine), mientras que las otras tres coberturas incluyen una coberturaSDR empleada para reducir la percolacin del agua. Para cada caso, se presenta unabreve descripcin de los parmetros geogrficos conjuntamente con informacin sobreel clima, la naturaleza del mineral explotado, tipo de cobertura instalada sobre losresiduos mineros y una breve presentacin del desempeo de la cobertura.

1.4 Limi t ac iones de la Gua

Tal como se mencionara anteriormente, la Gua enfoca dos tipos de sistemas de

coberturas: coberturas, CCBE y SDR. Los otros mtodos que pueden emplearse pararecuperar los sitios mineros, como las coberturas consumidoras de oxgeno,coberturas de agua, coberturas de baja conductividad hidrulica saturadas (elaboradacon materiales como arcilla, geomembrana, asfalto y concreto, para mencionaralgunos), enmiendas de residuos mineros con materiales neutralizadores, etc., no sediscuten en este documento.

El documento propone una metodologa para disear sistemas de coberturas en lossitios de disposicin de residuos mineros. No es la intencin de esta Gua presentaruna receta de aplicacin general debido a que el diseo de los sistemas de coberturainvolucra datos especficos al sitio que deben ser adecuadamente evaluados yutilizados en el diseo. El documento tambin contiene muchas referencias y ladescripcin de los estudios casos que podra ayudar durante el diseo de un sistemade cobertura. Asimismo, se discute brevemente en el desempeo a largo plazo. Sinembargo, es importante resaltar que incluso si los sistemas de coberturas pararesiduos mineros son diseados para un tiempo de vida determinado, que algunasveces puede ser mayor a cien aos, en la actualidad tenemos menos de quince aosde experiencia en la construccin y desempeo comprobado de estas coberturas. Elestudio realizado por Wilson et al. (2003) sobre el desempeo a largo plazo de lascoberturas existentes instaladas en los residuos mineros demuestra que algunascoberturas de desempean bien mientras que otras podran no alcanzar los objetivosdel diseo. Es opinin de los autores que los sistemas de coberturas construidossiguiendo la metodologa propuesta en el presente documento tendrn desempeos

que se acercarn mucho ms a los objetivos que se buscaron inicialmente.


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Principios Tericos


2 PRINCIPIOS TERICOS

Antes de presentar los diferentes sistemas de cobertura colocados sobre desmonte yrelaves, es importante recordar algunos aspectos tericos relacionados con el flujosaturado y no saturado a travs de medios porosos (ecuaciones fundamentales,propiedades de suelos no saturados, y efectos de barrera capilar) y con eldesplazamiento de gas a travs de las coberturas (en ambas direcciones haciaarriba debido a la interaccin suelo-atmsfera y hacia abajo debido a la difusinmolecular). Estos aspectos se relacionan directamente con los componentes delbalance de agua de las coberturas (precipitacin, evapotranspiracin, almacenamientode agua, infiltracin, desviacin lateral y escorrenta) y, en consecuencia, elrendimiento de las coberturas para limitar la infiltracin de agua y/o migracin deoxgeno.

2.1 Flujo de agua a t ravs de los mat er ia les de cobert ura

Las ecuaciones fundamentales del flujo de agua a travs de un medio poroso seresumen a continuacin. Puesto que los materiales de cobertura por lo general son nosaturados y el nfasis generalmente se encuentra en el comportamiento transitorio dela cobertura, se debe resolver una ecuacin generalizada del flujo de agua parapredecir el comportamiento de las coberturas colocadas sobre desechos mineros.

El primer concepto que se debe recordar es la ecuacin de continuidad. Un elementodel suelo en el dominio Cartesiano x, y, z, con una dimensin x, y z se presentaen la Figura 2-1. La diferencia entre el flujo de Darcy (o especfico) de entrada y desalida (el volumen del agua que pasa a travs del elemento del suelo en una direccinpor unidad de tiempo) en la direccin x se puede definir como:

( )[ ] zyxxqqzyqq xxxx += (2.1)

La diferencia entre el flujo especfico de entrada y salida (denominado en el presentealmacenamiento) debe ser igual a la acumulacin de agua en el elemento por unidadde tiempo:

( ) zyxxqq = (2.2)

El almacenamiento tambin se puede definir como el contenido volumtrico de agua() (volumen de agua / volumen total) en el tiempo multiplicado por el volumen desuelo.

( ) zyxtq = (2.3)

Al igualar las ecuaciones 2.2 y 2.3, se puede escribir:

( ) ( ) zyxxqzyxt = o xqt = (2.4)

La ecuacin 2.4 se puede generalizar agregando componentes y y z:


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Principios Tericos


+

+

=

z

q

y

q

x

q

tzyx (2.5)

Los parmetros qx, qy, qz representan el flujo de Darcy en la direccin x, y y z,respectivamente.

Otra ecuacin importante para representar el flujo de agua en los suelos es la ley deDarcy. Esta ley, originalmente propuesta para suelos saturados, permite evaluar elflujo de Darcy (o especfico):

+

+

=z

hk

y

hk

x

hkq zyx (2.6)

en donde h es la carga hidrulica y k la conductividad hidrulica saturada. Richards(1931) ampli la ley de Darcy para suelos no saturados proponiendo que k sea unafuncin de la succin () (i.e., k = k()) y no una constante.

( ) ( ) ( )

+

+

=z

hk

y

hk

x

hkq zyx (2.7)

Para ampliar la ley para condiciones transitorias, es necesario integrar la ecuacin decontinuidad (Ecuacin 2.5). Al reemplazar q en la Ecuacin 2.4 por la Ecuacin 2.7, seobtiene la siguiente ecuacin:

( ) ( ) ( )tz

hkzy

hkyx

hkx zyx

=

+

+

(2.8)

Sabiendo que al descuidar la presin hidrodinmica en la ecuacin de Bernouilli, lacarga hidrulica (h) puede expresarse en la sumatoria de la presin (o succin) y lacarga gravitacional (h = + z), la Ecuacin 2.8 se puede volver a escribir del siguientemodo:

( ) ( ) ( )tz

z

zk

zy

z

yk

yx

z

xk

x zyx

=

+

+

(2.9)

Puesto que xz y yz son igual a cero, y zz es igual a uno, la Ecuacin 2.9 seconvierte en:

( ) ( ) ( )( )z

k

zk

zyk

yxk

xt zyx

+

=

(2.10)

La Ecuacin 2.10 defini el flujo del agua a travs de medio no saturado como lossuelos usados para construir coberturas sobre desmonte y relaves. sta es laecuacin usada por las herramientas utilizadas para predecir la distribucin de agua ypresin en medios no saturados para condiciones transitorias. Mayores detalles sobreel flujo de agua a travs medios saturados y no saturados se pueden encontrar enHillel (1980), Fredlund y Rahardjo (1993).


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Principios Tericos


Figura 2-1 Flujo del Agua a travs de un Elemento de Suelo (inspirada en Hillel1980)

2.2 Flujo de Oxgeno a t ravs de Mat er ia les de Cobertura

Algunas coberturas se elaboran para limitar la disponibilidad de oxgeno en los relavesreactivos manteniendo una (o ms) de las capas de cobertura cerca de la saturacin y,en consecuencia, creando una barrera de oxgeno (ver detalles en el Captulo 4). Elflujo de oxgeno (o gas) a travs de la cobertura se puede evaluar calculando los flujosdifusivos y advectivos.

2.2.1 Flujo Difusivo

Las leyes de Fick se usan comnmente para evaluar el transporte por difusin paraelementos en un estado soluble (e.g., Freeze y Cherry 1979; Shackelford 1991), ascomo en la fase gaseosa (por ejemplo, Troeh et al. 1982; Reardon y Moddle 1985).

En las ecuaciones correspondientes (que se presentan ms adelante), la variacin dela concentracin en el transcurso del tiempo se refiere al coeficiente de difusinefectiva del material De, y tambin al coeficiente de difusin del elemento en un mediolibre (no obstruido). El flujo de oxgeno F(z, t) y la concentracin C(z, t) en la posicinz y tiempo t se determinan a partir de primera y segunda ley de Fick, dadas para ladifusin unidimensional como (Hillel 1980):

z

)t,z(CD

z

)t,z(C*D)t,z(F eeq

=

= (2.11)

)

z

CD(

z

)

z

C*D(

z

)C(

teeqeq

=

=

(2.12)

En estas ecuaciones, F(z,t) es el flujo difusivo de O2 [ML-2T-1]; eq es una porosidad

equivalente (difusin) [L3L-3]; D* y De son los coeficientes de difusin bruta y efectiva,respectivamente, [L2T-1] (con De = eq D

*); C(z, t) es la concentracin de O2 intersticialen la fase de aire en el tiempo t [T] y posicin z [L]. El signo menos en la ecuacin2.11 significa que el flujo va de las regiones de concentracin alta a baja. En lasecuaciones 2.11 y 2.12, la porosidad equivalente eq se usa en lugar de a, que se hausado a menudo en el pasado (Yanful 1993; Aubertin et al. 1995). Para un medioaltamente saturado, eq es necesario evaluar adecuadamente el flujo de oxgeno conlas leyes de Fick, como muestra Collin (1987), tomando en cuenta el flujo en la fase deaire y el flujo de oxgeno disuelto en la fase de agua. Esta porosidad equivalente se

define como (Aubertin et al. 2000):

waeq H+= (2.13)


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Principios Tericos


en donde H es la constante de equilibrio de Henry sin dimensiones dada por laproporcin H=Cw/Ca (para oxgeno, H 0,03 a 20

oC).

Asumiendo que hay un consumo rpido y completo del O2 justo debajo de la cobertura(debido a la oxidacin de sulfuro) y que slo una capa de cobertura impide eldesplazamiento de oxgeno, una solucin para la ecuacin (2.11) se puede escribircomo:

L

DCF eL,s

0= (2.14)

en donde Fs,L es flujo de oxgeno en estado estable [ML-2T-1 o MoleL-2T-1] en la base de

la cobertura, C0 es la concentracin de oxgeno en la atmsfera (8,62 mol de oxgenopor m3), y L [L] es el espesor de la barrera de oxgeno.

Los clculos de flujo de oxgeno se evalan considerando que prevalecen lascondiciones de estado estable; el flujo de oxgeno en condiciones de estado estable esmayor que en condiciones transitorias (ver Mbonimpa et al. 2003 para conocerdetalles). Adems, el tiempo requerido para alcanzar condiciones de estado estable esde unos das a algunos meses (Mbonimpa et al. 2003), lo cual significa que el uso deEcuacin 2.14 sobreestima el flujo de oxgeno real. La Ecuacin 2.12 es vlida slopara la difusin a travs de un material inerte en donde no ocurre la generacin oconsumo de O2. La segunda ley de Fick se puede modificar para considerar laconcentracin variable de la sustancia en desplazamiento debido a la reaccin con elmedio. Este aspecto no se discutir ms en la presente Gua, pero el lector interesadopuede encontrar ecuaciones que representan flujo de oxgeno a travs de coberturas

reactivas en Mbonimpa et al. (2003).La evaluacin de Fs,L requiere el conocimiento de De, que se puede medir en ellaboratorio (e.g., Aubertin et al. 1995, 2000) o estimar por expresiones semi-empricasy de propiedades de materiales bsicos, como la porosidad y el grado de saturacin.Se ha propuesto diferentes expresiones en la literatura (por ejemplo, Millington andQuirk 1961; Millington y Shearer 1971; Collin 1987). Aachib et al. (2004) propusieron losiguiente:

)HDD(n

1D wa p0w

pa

0a2e += (2.15)

En esta ecuacin, 0aD y 0wD son el coeficiente de difusin de oxgeno libre en aire y en

agua, respectivamente; a temperatura ambiente 0aD 1,8x10-5 m2/s y 0wD 2,5x10

-9

m2/s (Scharer et al. 1993). Los exponentes pa y pw se relacionan con los coeficientesde tortuosidad para las fases de aire y agua, que a su vez se pueden relacionar conpropiedades bsicas (a y w). Se obtuvieron buenos estimados de De usando un valorfijo pa = pw = 3,3 (para un n promedio de 0,4; ver Figura 2-2).


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1.E-11

1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.E-05

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Degree of saturation Sr [-]

EffectivediffusioncoefficientDe[m

2/s]

Experimental data

Collin (1987) model; for n=0.40

Proposed model ( ) for n=0.40pa = pw = p = 3.3

Figura 2-2 Comparacin entre Valores de Coeficiente de Difusin

Comparacin entre los valores de coeficiente de difusin medidos en diferentes materiales a varios S r, con valoresestimados obtenidos con el modelo de Collin (1987) y la ecuacin (2.16).

2.2.2 Flujo Advectivo

El oxgeno tambin se puede transportar a relaves reactivos infiltrando agua. Paracalcular este flujo de oxgeno advectivo, balance de agua de la cobertura basado enuna condicin climtica tpica se debe estimar usando datos meteorolgicos directosmedidos en el lugar o enfoques indirectos. El flujo de oxgeno advectivo asociado coneste flujo de infiltracin F0

C,i [ML-2T-1 o Mol L-2T-1] se da por la siguiente ecuacin:

wiw

i,C0 CFF = (2.16)

en donde Fwi [L3L-2T-1] es la descarga especfica de agua, Cw [ML

-3] es la concentracinde oxgeno disuelto en el agua (9,2 gramos de oxgeno por m3).

2.3 Propiedades de Suelo No Sat urado

Las dos funciones principales que se usan para describir el comportamiento de unmaterial granular no saturado son la curva de retencin de agua (Water RetentionCurve - WRC) y la funcin de permeabilidad ku. La WRC usualmente expresa elcontenido volumtrico de agua con respecto a la succin aplicada . De modosimilar, la funcin ku representa la conductividad hidrulica insaturada a succionesvariables.

2.3.1 Curva de Retencin de Agua (WRC)

La WRC representa la capacidad de un material de retener agua a cierta presinnegativa (o succin). Las propiedades insaturadas de materiales como la resistenciaal corte, conductividad hidrulica, y compresibilidad se pueden vincular con su WRC

(Fredlund y Rahardjo, 1993). La Figura 2-3 presenta una WRC tpica, de relaves degrano fino y desmonte. La forma de estas curvas muestra la distribucin de agua quees una funcin de la distribucin de tamao de poro y la geometra de poro del


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Principios Tericos


material. Cuando los porosos son ms pequeos, la tensin capilar puede ser mayor ypuede permanecer saturada en succiones mayores (de manera similar que para losrelaves con respecto al desmonte en la Figura 2-3). La forma de la WRC tambin

depende del proceso hidrulico involucrado (en hmedo o seco); este fenmeno sedenomina efectos de histresis (e.g., Hillel 1980). La WRC tiene parmetrosimportantes como:

El valor de entrada de aire (Air Entry Value - AEV o a) representa la succin a la cualel material empieza a desaturarse. El AEV por lo general se toma como la interseccinentre las tangentes de la parte totalmente saturada y la parte desaturada de la WRC(ver Figura 2-3).

El valor de entrada de agua (Water Entry Value - WEV o w) es el punto en donde, enun proceso de humectacin (o succin decreciente), el agua empieza a infiltrarse en elmaterial (Bussire, 1999). Este punto tambin se denomina succin residual r.

La WRC se puede medir en el laboratorio o en el campo. En el campo, se puede medirinstalando sensores de succin y sensores de contenido volumtrico de agua (los cualesse tratan ms ampliamente en el Captulo 5) en ubicaciones especificadas en el terreno(e.g., Fredlund y Rahardjo, 1993; Aubertin et al. 1997; Ricard et al. 1997). En ellaboratorio, se pueden usar diferentes mediciones como (Fredlund y Rahardjo, 1993):papel filtro; Psicrmetro; pruebas de columnas drenadas; celdas Tempe; extractor deplacas de presin.

Las mediciones obtenidas con las tcnicas antes sealadas producen una serie depuntos en el plano -. Para obtener la WRC completa, es necesario usar modelossuavizantes de curvas. Existen cuatro tipos de modelos basados en su formulacinmatemtica (Bussire, 1999):

Modelos exponenciales;

Modelos de ley de potencias;

Modelos de coseno hiperblico;

Modelos polinomiales; y

Modelos de funciones de error.

En estos modelos, las constantes (o parmetros de materiales) dependen de laspropiedades bsicas de material granular como la distribucin del tamao de laspartculas y porosidad (Aubertin et al., 1998). Los modelos que se usan mscomnmente son los de Gardner (1958), Brooks y Corey (1964), van Genuchten (1980) yFredlund y Xing (1994). Los primeros son todos los modelos de ley de potenciasmientras que el ltimo es un hbrido entre los modelos exponenciales y los de ley depotencias. La Tabla 2.1 muestra las principales ecuaciones de modelos usados para ladescripcin de la WRC de puntos experimentales.

2.3.2 Funcin de Permeabilidad

Como se observa en la ecuacin 2.10, la relacin entre k y (denominada funcin depermeabilidad ku) se debe conocer para predecir el desplazamiento de agua en suelosinsaturados. La Figura 2-4 muestra la ku de dos materiales, un material grueso(desmonte) y un material ms fino (relaves). Debido a que el material grueso escurrecon mayor facilidad que el material fino hay cierto punto (Punto A 2 kPa, en la Figura2-3) en donde la conductividad hidrulica del material fino se vuelve mayor que la delmaterial grueso. El aire contenido en los poros del material grueso crea obstculopara el desplazamiento del agua, lo cual reduce la conductividad hidrulica.


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Principios Tericos


Figura 2-3 Curvas de Retencin de Agua de Muestras de Relaves Mineros yDesmonte

Nota: Datos tomados de Martin et al., 2004, 2005. La WRC de relaves incluye las Tres Fases Principales de Desaturacin.

Figura 2-4 Curvas de Conductividad Hidrulica Insaturada de Relaves Minerosy Desmonte(Datos de Martin et al., 2004, 2005)


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Principios Tericos


Tabla 2-1 Ecuaciones de Modelos Usados para Describir la Curva deRetencin de Agua de Materiales Granulares(adaptada de Bussire, 1999)

Brooks et Corey (1964)

BCa

rs

re

=

=

(2.17)

e = Contenido volumtrico de agua reducido (m3/m3);

= Contenido volumtrico de agua (m3/m3);

s = Contenido volumtrico de agua saturado (cuando = 0 kPa);r = Contenido volumtrico de agua residual (m

3/m3);BC = Parmetro de alisamiento vinculado con la estructura del poro (m

3/m3);a = Valor de entrada de aire (kPa); = Succin (kPa).

Gardner (1958)

+=

GG

na1

1e (2.18)

aG y nG = Constantes del modelo de Gardner (1958) (-).

van Genuchten (1980)

VG

VGVG

m

n1

1

e

+

= (2.19)

aVG, mVG y nG = Constantes del modelo de van Genuchten (1980) (-).

Fredlund et Xing (1994)

( )( )[ ]{ } fff

smn

aeln

C

+

= con ( )

( )[ ]( )[ ]r

r

10000001ln

1ln1C

+

+= (2.20)

e = Nmero neperiano (2,71828);af = Valor Aproximado de a;nf = Parmetro de alisamiento que controla la pendiente del punto de inflexin de la WRC;mf = Parmetro de alisamiento de la curva vinculado con el contenido de agua residual y la

funcin de correccin C();

r= Succin a la cual el contenido volumtrico de agua es igual a su valor residual.

La funcin de permeabilidad de un material se puede obtener a travs de medicionesde laboratorio o de campo. Por ejemplo, una de las tcnicas de laboratorio consiste enaplicar una succin constante a una muestra colocada entre dos placas de cermicade entrada de aire altas. Luego se aplica un suministro de agua en la parte superiorde la muestra. Cuando el flujo se encuentra en estado estable (el volumen de flujo deentrada y de salida son iguales), se puede calcular la conductividad hidrulica para lasuccin determinada. Se han desarrollado otras tcnicas de medicin, para evaluar laconductividad hidrulica no saturada (por ejemplo, Hillel 1980; Klute y Dirksen 1986;

Fredlund y Rahardjo 1993; Dirksen 1999). Es de amplio conocimiento que la medicinde ku puede ser tediosa, tomar mucho tiempo y ser costosa, adems, la exactitud dealgunos resultados de la prueba a menudo es relativamente deficiente (Dirksen 1999).Asimismo, se reconoce que por lo general es ms prctico predecir ku a partir de la


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Principios Tericos


conductividad hidrulica saturada ksat (la determinacin de ksat est bien registrada enlos libros de texto de hidrogeologa o en estndares) y la WRC.

Una vez que se conocen la ksat y la WRC, se puede usar varios modelos para obtenerla funcin de permeabilidad en el plano k-. Los tres tipos principales se hanidentificado como: emprico, macroscpico y estadstico. Puesto que los modelosestadsticos son los que se usan con mayor frecuencia, los otros dos tipos no setratarn con mayor detalle en el presente documento.

La mayora de los modelos predictivos estadsticos requieren que se haganpresunciones que simplifican las cosas para permitir su uso. Por ejemplo, todos losmodelos presentados lneas arriba suponen un flujo laminar en los poros.Adicionalmente, los modelos estadsticos asumen que (Mualem 1986):

El medio poroso se considera como una serie de poros interconectados distribuidos al

azar en la muestra. Se supone que la ecuacin es vlida a nivel de poros y se puede usar para estimar la

conductividad hidrulica del poro. Al integrar los poros que contribuyen al flujo delagua, es posible calcular la conductividad hidrulica global.

La curva de retencin de agua se considera representativa de la funcin de distribucinde tamao de poro.

Algunos modelos estadsticos requieren mtodos numricos para obtener soluciones(por ejemplo, Fredlund et al., 1994) mientras que expresiones analticas simplificadasestn disponibles para otros modelos (por ejemplo, Burdine, 1953; Mualem, 1976).Aunque los modelos tratados en el presente son relativamente complejos, constituyenel mtodo ms eficiente para obtener la curva de funcin de permeabilidad de un

material. stos se usan con mayor frecuencia que los mtodos de caracterizacin delaboratorio. La Tabla 2-2 presenta los modelos ms populares que se usan paradefinir la conductividad hidrulica con respecto a la succin.

2.4 Efectos de Barrera Capi lar

Las coberturas que usan efectos de barrera capilar se han propuesto como unaalternativa para las coberturas de conductividad hidrulica saturadas bajas (porejemplo, Fayer et al. 1992; Morris y Stormont 1997). La efectividad de este tipo decobertura depende de un fenmeno denominado efecto de barrera capilar. Este efectoest presente cuando se coloca un material de grano fino sobre uno ms grueso sobre

la napa fretica. Ambos materiales tienen distintas propiedades hidrogeolgicasdebido a sus diferentes texturas. En la fase de desactivacin posterior al ingreso deagua, la capa de material de grano fino retendr agua con mayor facilidad debido asus poros intersticiales ms pequeos. Puesto que el material grueso escurre, lapresencia de gas en su espacio de poros reduce la interconectividad de espaciosvacos rellenos de agua, reduciendo de este modo la conductividad hidrulica (k; verFigura 2-4). Esta reduccin de la k en la capa gruesa impide el flujo vertical dematerial de grano fino de arriba, y tambin ayuda a controlar la magnitud de la succin(presin de poro negativa) en la interfase entre los dos materiales durante un periodode tiempo (los efectos de barrera capilar son un fenmeno transitorio que dependen delas propiedades de los materiales). En consecuencia, el material de grano fino secomporta como un reservorio en donde se puede almacenar agua por las fuerzas

capilares.


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Tabla 2-2 Algunos modelos usados para Describir la ConductividadHidrulica

Modelo Tipo Ecuaciones Variables

Gardner(1958)

Emprico

( )== srel

rel aexpk

kk

satkk = cuando a

relk = Conductividad hidrulica relativa con

respecto a satk .

sa = Nmero de porcin

Rijtema(1965)

Emprico

satkk = cuando a

( )[ ]assat

rel aexpk

kk +==

cuando ra

Mualem(1986) Macrosc-pico

= erk cuandors

re

=

e = contenido volumtrico de aguanormalizado.

= parmetro matemtico (valor entre 2 y 4dependiendo de los autores). Se usa un valorde 3 tpicamente

Burdine(1953)

Estadstico( )

= vv

mm1e

lerel 11k en

donde vv n21m =

l = Parmetro que representa lainterconectividad de los poros (se usa 4/3 1tpicamente)

vm = parmetro matemtico

Mualem(1976)

Estadstico( )

2mm1eerel

vv11k

= en

donde vv n21m =

Ver modelo de Burdine (1953)

Fredlund etal. (1994)

Estadstico

( )

=

=

i

i

i

ii

i

y'N

1iy

sy

y'

N

jiy

y

r

ee

e

ee

e

k

N = Nmero de sub-intervalosi = Variable de recuento

jCC = Nmero de intervalo

iy = Punto medio del intervalo iCCe

Algunos modelos usados para Describir la Conductividad Hidrulica insaturada de suelos (adaptada de Aubertin yBussire, 2001 y Bussire, 1999).

Los perfiles tpicos de contenido volumtrico de agua y succin (obtenidos usando

herramientas numricas; ver Aubertin et al. 1996 para conocer los detalles) sepresentan para un sistema de tres capas en la Figura 2-5 (ver Aubertin et al. 1996 yCaptulo 4 para conocer los detalles). Se puede ver que hay un quiebre en el perfil desuccin en la parte inferior del material de grano grueso. Esto implica que, hasta ciertopunto, la succin no se incrementa con elevacin en esta capa para permitir lacontinuidad de flujo y presin en la interfase con el material de grano fino. Estecomportamiento es tpico de un sistema con efectos de barrera capilar. La succinrelativamente baja en la interfase reduce los valores de succin en el material degrano fino (que se incrementan respecto de la interfase linealmente con elevacin) y,en consecuencia, el material puede mantener un alto contenido volumtrico de agua.Tambin se puede observar que el material de grano grueso rpidamente escurre yllega al contenido volumtrico residual. La Figura 2-5 tambin muestra que los efectos

de barrera capilar estn presentes entre el material de grano grueso superior y elmaterial de grano fino. La succin es reducida en la interfase para respetar lascondiciones de equilibrio (flujo y presin) y el contenido volumtrico de agua en la


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0

0.5

1

1.5

2

0% 20% 40% 60% 80% 100%Degr de Saturation

lva

tion

(m)

t = 1 h

t = 2 hrst = 6 hrs

t = 2 jours

t = 14 jours

t = 28 jours

t = 56 jours

Sable Crab Creek (0,4 m)

Rsidus miniers fins (0,6 m)

Sable Crab Creek (1 m)

0

0.5

1

1.5

2

-10 -8 -6 -4 -2 0 2Succion (kPa)

lvation(m)

t = 1 hr

t = 2 hrs

t = 6 hrs

t = 2 jours

t = 14 jours

t = 28 jours

t = 56 jours

Sable Crab Creek (0,4 m)

Rsidus miniers fins (0,6 m)

Sable Crab Creek (1 m)

capa de arena superior es bajo y es similar al de la parte inferior. La Figura 2-5presenta un comportamiento hidrulico tpico de una cobertura bien diseada conefectos de barrera capilar.

Para conocer mayores detalles acerca de los efectos de barrera capilar el lectorinteresado se puede remitir a numerosas publicaciones que se pueden encontrar en laliteratura (por ejemplo, Nicholson et al. 1989; Akindunni et al. 1991; Morel-Seytoux,1992; Aubertin et al. 1995, 1996; OKane et al. 1998; Bussire et al., 2003).

Figura 2-5 Perfiles de Contenido Volumtrico de Agua y Succin

Perfiles de contenido volumtrico de agua (parte superior) y succin (inferior) para un sistema de tres capas conefectos de barrera capilar (Aubertin et al. 1996).

2.5 In teracc iones Suelo-Atmsfera

Las interacciones suelo-atmsfera influyen en el rendimiento de los sistemas decobertura para la rehabilitacin de desechos mineros. El ndice de evaporacin en la


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Principios Tericos


superficie de un sistema de cobertura es una funcin de las condiciones atmosfricasforzosas (es decir, precipitacin y la evaporacin potencial) y propiedades del suelo.Los flujos dentro del continuum suelo/atmsfera estn totalmente acoplados en

trminos de transferencia de calor y de masa. Wilson et al. (1994) proporciona lasiguiente ecuacin para el flujo de agua lquida y vapor de agua dentro de los perfilesde cobertura:

+

=

y

PD

yC

y

hk

yC

t

h vv

2w

ww

1w

w (2.18)

en donde hw es la carga hidrulica (m), Cw1 es el mdulo de variacin de volumen con

respecto a la fase de agua lquida (= 1/ggmw2)), Cw

2 es el mdulo de variacin devolumen con respecto a la fase de vapor de agua (= (P+Pv)/(P(w)

2gmw2)), Dv es el

coeficiente de difusin para el vapor de agua a travs del suelo (kg-m/kN-s), w es la

densidad de agua lquida (kg/m3

), g es la aceleracin debido a la gravedad (m/s2

), mw2

es la pendiente de la curva caracterstica de suelo-agua (1/kPa), P es la presinatmosfrica total (kPa), y Pv es la presin parcial en el suelo debido a vapor de agua(kPa).

El flujo de interfase de agua lquida y vapor de agua est acoplado con la transferenciade calor como se indica a continuacin:

+

=

y

PD

yP

PPL

y

T

yy

TC vv

vvh (2.19)

donde Ch es el calor especfico volumtrico (J/m3

-C), T es la temperatura (C), es laconductividad trmica (W/m-C), y Lv es el calor latente de vaporizacin (J/kg).

La solucin para la Ecuacin (2.18) y (2.19) durante eventos de infiltracin se lograaplicando un flujo igual a la intensidad de las lluvias en el primer trmino en la derechade la Ecuacin (2.18). La solucin para los eventos de evaporacin es igualmentecompleta puesto que el ndice de la evaporacin real es determinado por el ndice deevaporacin potencial establecido por las condiciones climticas y por la succin en lasuperficie del suelo. El ndice de evaporacin real es igual al ndice potencial deevaporacin hasta que el valor de la succin en la superficie del suelo es mayor queaproximadamente 3000 kPa Wilson et al (1997). El valor de la evaporacin realdisminuye progresivamente con la succin creciente cuando la succin del suelo es

mayor que 3000 kPa. La disminucin de la evaporacin ocurre debido a la depresinde la presin de vapor dentro de espacios vacos del suelo con succin creciente.Edlefsen y Anderson (1943) sealan la siguiente relacin para la humedad relativa ysuccin:

RT

Wv

eRH

= (2.20)

RH es la humedad relativa de la superficie del suelo como una funcin de la succintotal, es la succin total en el suelo (kPa), Wv es el peso molecular de agua (0,018kg/mol), R es la constante de gas universal (8,314 J/mol/K), y T es la temperaturamnima absoluta (K).

El valor de evaporacin potencial y evaporacin real de la superficie de la cobertura sepueden determinar usando la forma modificada del mtodo de Penman (1948)


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Principios Tericos


divulgado por Wilson et al (1994) para calcular la evaporacin real del suelo como seindica a continuacin:

AEQE an

++= (2.21)

en donde E es el flujo evaporativo (mm/da), es la pendiente de curva de presin devapor de saturacin vs. temperatura a la temperatura media del aire (mmHg/C), Qn esla energa radiante disponible en la superficie (mm/da), y es la constantepsicromtrica. En la Ecuacin 2.21, Ea=f(u)ea(B-A) en donde f(u)=0,35(1+0,146Wa),Wa es la velocidad del viento (km/h), ea es la presin de vapor de agua encima de lasuperficie del suelo (mmHg), B es la inversa de la humedad relativa en el aire, y A esla inversa de la humedad relativa en la superficie del suelo.

La solucin para la Ecuacin 2.18 y 2.19 requiere una condicin de lmite de lasuperficie para la temperatura:

( )( )( )EQ

uf

1TT nas

+= (2.22)

en donde Ts es la temperatura de la superficie del suelo (C) y Ta es la temperatura delaire encima de la superficie del suelo (C). Las soluciones generales para la Ecuacin2.18 a travs de 2.22 para calcular las condiciones de infiltracin, evaporacin y flujode agua dentro del perfil de cobertura de suelo se pueden obtener usando cdigosnumricos como el modelo para computadora SoilCover (Unsaturated Soil Group,

1997).La influencia de absorcin del agua de la raz debido a la transpiracin de la planta sedebe incluir en el clculo de la ET cuando la cobertura de suelo se vegeta. Tratch et al(1995) mostr cmo se puede implementar esto usando una forma modificada delmtodo propuesto por Ritchie (1972). El mtodo proporcionado por Tratch et al.(1995) se basa en tres variables del principio para calcular la transpiracin real de laplanta. stos son el ndice del rea de la hoja (Leaf Area Index - LAI), factor limitantede planta (Plant Limiting Factor - PLF) y profundidad de la raz. El LAI se calcula comoel rea de la superficie total de las hojas dentro de un dosel determinado dividido porel rea de la superficie del terreno debajo del dosel. En general, el ndice detranspiracin potencial de la planta es igual a la evaporacin potencial cuando la LAI

es mayor que 2,7. El ndice potencial de transpiracin disminuye de acuerdo con lasrelaciones empricas sealadas por (1972) cuando el LAI es menor que 2,7. El ndicereal de la absorcin del agua de la raz se calcula posteriormente como el producto detranspiracin potencial y PLF.

El PLF se calcula como una funcin del perfil de succin de matriz en la zona de laraz. Feddes et al. (1978) mostraron que para la mayora de las plantas, el PLF por logeneral es igual a 1 para valores de succin de matriz menores de 100 kPa; ydisminuye en una escala log a medida que la succin aumenta 150kpa. El paso finalen la aplicacin del ndice de extraccin de agua de la raz al sistema de cobertura esdistribuir la absorcin computada en la profundidad de la raz especificada. Prasad(1988) mostr que el usar una distribucin lineal que disminuye a cero con la

profundidad es una presuncin adecuada.


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Coberturas deAlmacenamiento


3 COBERTURAS DE ALMACENAMIENTO Y DESCARGA YCOBERTURAS DE ALMACENAMIENTO,DESVIACIN YDESCARGA

Un modo de limitar la generacin de ARD consiste en controlar la infiltracin del aguamediante la construccin de sistemas de cobertura en los sitios de disposicin deresiduos de mina. Para el diseo y la construccin de coberturas se emplean diversosmateriales y configuraciones (Koerner y Daniel 1997). Al respecto, existe una solucininteresante (an en proceso de desarrollo) que consiste en utilizar los efectos de labarrera capilar (cobertura de almacenamiento y descarga) para controlar la infiltracindel agua en la superficie de los sitios de disposicin de residuos. Dichos sistemasdiseados atraen actualmente un considerable inters por representar una alternativa

ventajosa frente a las coberturas ms tradicionales basadas en materiales con unabaja conductividad hidrulica saturada (e.g., Morris y Stormont 1997; Ward y Gee1997; Dwyer 2001; Zhan et al. 2001; Scanlon et al. 2005). Las ventajas principales deuna cobertura con barrera capilar radican en su relativa simplicidad, estabilidad a largoplazo y sus costos de construccin potencialmente ms bajos en comparacin con lascoberturas ms tradicionales basadas en materiales (suelos naturales y/ogeosintticos) con una baja conductividad hidrulica saturada (por ejemplo, Morris yStormont 1997). Las coberturas de Almacenamiento y Descarga (Store-Release - SR)o las coberturas de Almacenamiento, Derivacin y Descarga (Store-Divert-ReleaseSDR; que corresponde a una cobertura SR colocada en una superficie inclinada)pueden resultar muy convenientes para minimizar la infiltracin de las precipitacionesen los residuos y para controlar la lixiviacin potencial de los contaminantes

provenientes de los residuos en condiciones ridas y semiridas (e.g., Williams et al.1997; Zornberg y Caldwell 1998; Benson et al. 2001; Fourrie y Moonsammy 2002).Ntese que para este tipo de coberturas se pueden encontrar diversos nombresdistintos en bibliografa relacionada con el tema, tales como coberturas alternativas,con equilibrio hdrico o de evapotranspiracin (e.g., Ogorzalek et al. 2005).

Una cobertura SDR clsica comprende una capa de suelo de grano fino colocadasobre un material ms grueso.

xxii_coberturas

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