Geotecnia de los residuos mineros. Soluciones ingenieriles para su gestión en una mina operativa

Resumen

Esta tesis se desarrolla en el complejo minero operativo de Cobre Las Cruces. Se trata de una mina a cielo abierto que extrae sulfuros de cobre del complejo vulcano-sedimentario conocido como Faja Pirítica Ibérica. La masa mineral está recubierta por un depósito terciario de margas sobreconsolidadas de 150 metros de espesor, denominadas margas azules del Guadalquivir. El proceso extractivo genera una serie de residuos que pueden ser clasificados en inerte y no inertes, según su potencial contaminante y en estéril de roca, estéril de tratamiento o tailings y margas, según su operativa de gestión dentro del recinto minero. Estos materiales han de almacenarse mediante la construcción de escombreras estables, cuyo componente mayoritario es marga. El análisis de estabilidad de estas estructuras difiere de aquellos realizados en las escombreras que tradicionalmente se han construido con otros materiales de parámetros resistentes más favorables. Existen algunos casos de fallos geotécnicos de estructuras construidas con este tipo de material cohesivo, en los que han contribuido tanto las condiciones de vertido como las condiciones del cimiento en el que no se han definido bien estructuras existentes, bajo la aceptación de la homogeneidad de este material en su forma natural. Existen tres aspectos fundamentales que se deben incluir en cualquier análisis realizado en este tipo de materiales:  La influencia de la compactación en la resistencia al corte de las margas vertidas.  El coeficiente B-bar y la presión de poro existente en el material de cimiento de las escombreras.  El desarrollo de mecanismos de rotura progresiva en planos de estratificación existentes. Desde la fase inicial de diseño hasta la actualidad numerosos análisis se han llevado a cabo mediante equilibrio límite (SLIDE) y con métodos numéricos (análisis tenso-deformacionales, FLAC2D), con el fin de calibrar las condiciones de presiones de poro en el cimiento, analizar de forma retrospectiva diversos acontecimientos de inestabilidad y refinar los diseños actuales de las estructuras. Asimismo estos métodos de análisis también se han utilizado de forma innovadora para resolver y definir operativas con los diferentes residuos. Las similitudes entre los condicionantes geotécnicos en la mina de Las Cruces y otras ubicaciones, como es el caso de la mina de Aznalcóllar, que presentan los mismos tipos de materiales, han contribuido a la optimización en este tipo de análisis, pudiendo establecer además una comparativa entre la idoneidad de los diferentes métodos de análisis (equilibrio límite y diferencias finitas) en el estudio de roturas progresivas. Fundamentalmente, los objetivos principales de esta tesis son demostrar lo siguiente: 1. Buena gestión y cumplimiento de la legislación de residuos, esencialmente para conseguir un excelente rendimiento a largo plazo. 2. Desde un punto de vista geotécnico:  Las condiciones de compactación de las margas, pueden estar relacionadas con sus parámetros resistentes tras esta compactación. Esta relación ha sido demostrada en la mina de La Cruces tras realizar multitud de ensayos de las condiciones de compactación a largo plazo.  La optimización en el proceso de gestión de tailings secos, puede conseguirse a través del uso combinado de análisis mediante equilibrio límite y métodos tenso-deformacionales.  Los suelos de características cohesivas, como los presentes en Las Cruces, son analizados mejor en estado de diseño, estado operativo y, cuando es necesario, en estadio de remediación, mediante el uso de programas de elementos finitos o diferencias finitas dada la capacidad de estos sistemas de modelizar mejor roturas de tipo progresivo en suelos donde el ratio entre parámetros resistentes de pico y residuales es muy alto.  La relación entre la resistencia de las margas y su profundidad, contrastada mediante la realización de numerosos análisis realizados en fase de diseño y de operación.