Análisis de las condiciones de estabilidad física para sistemas de cobertura con geosintéticos en el cierre de minas

Abstract

El presente estudio presenta el análisis de la estabilidad física de sistemas de cobertura con geosintéticos que pueden ser colocados en el cierre de depósitos de residuos mineros, tales como depósitos de relaves, botaderos de desmonte y pilas de lixiviación. El revestimiento con geosintético evita el ingreso de agua y, por consiguiente, también evita la generación de drenaje ácido y reduce el riesgo de contaminación en el ecosistema. Este geosintético debe ser impermeable y tener una gran durabilidad, lo cual le proporciona ventajas en comparación con coberturas de suelo tradicionales que usan suelo de baja permeabilidad. Asimismo, los geosintéticos son útiles cuando no se tienen canteras cercanas de suelo de baja permeabilidad cerca al proyecto o cuando la compactación mecánica llega a ser una tarea difícil debido a taludes muy empinados. Si bien es cierto que los sistemas de cobertura con geosintéticos tienen ventajas frente a sistemas de cobertura tradicionales, problemas en la estabilidad física como el deslizamiento sobre la cobertura podrían ser causados por el peso propio, fuerzas sísmicas o fuerzas de filtración, lo cual incrementa los costos de reparación y mantenimiento. El diseño de coberturas de cierre para depósitos de residuos mineros es cada vez más común, por lo tanto, se hace necesario disponer de criterios y herramientas que faciliten el análisis y diseño geotécnico, más aun considerando que la estabilidad física es afectada por precipitaciones y eventos sísmicos que son frecuentes donde se ubican la mayoría de unidades mineras. Este estudio evalúa las condiciones de estabilidad física en sistemas de cobertura que incluyen geosintéticos como geomembrana de LLDPE y GCL, colocados sobre taludes entre 1,5H:1V y 3,5H:1V. Previamente, a fin de analizar la estabilidad, la resistencia cortante de las interfases generadas por los geosintéticos y materiales adyacentes fue estimada mediante ensayos de corte directo a gran escala. Asimismo, se realizó un análisis paramétrico con el fin de conocer la influencia de las variables de diseño en la obtención de 𝐹𝑆. Posteriormente, a través de múltiples análisis realizados considerando diferentes propiedades de la cobertura de suelo, configuraciones geométricas y condiciones de servicio, en una matriz se brindan recomendaciones para el diseño de sistemas cobertura con geomembrana y GCL para diferentes inclinaciones de talud, incluyendo los tipos de reforzamiento que son aplicables. Finalmente, basados en el enfoque de diseño por confiabilidad, se han propuesto ábacos de diseño en función a índices de confiabilidad que serán útiles para el diseño preliminar de sistemas de cobertura en proyectos mineros.

This study presents the physical stability analysis of cover systems with geosynthetics that could be placed in the closure of slopes for mining waste storage facilities, such as tailings dams, mine waste dumps and heap leach pads. A geosynthetic liner prevents water ingress avoiding the acid rock drainage and reducing the risk of ecosystem contamination. This geosynthetic must be impermeable and has a high durability, which provides advantages when compared with traditional cover systems that use a layer of low permeability soil. In addition, geosynthetics are useful when borrow source of low permeability soil is not available close to the project, or when the compaction become a difficult process due to steep slopes. Although cover systems with geosynthetics have advantages over traditional soil cover systems, stability problems can happen such as soil cover slide down over the geosynthetic, which could be caused by own weight, seismic forces or seepage forces, which increases the remediation and maintenance costs. The design of cover systems for mine facilities is getting more common, therefore, criteria and tools that are useful in the geotechnical analysis and design are necessary, even more considering that physical stability is affected by rainfalls and seismic events that are frequent where most of mines are located. This work evaluates the conditions of physical stability in cover systems that include geosynthetics like LLDPE geomembrane and geosynthetic clay liner (GCL) placed on slopes between 1,5H:1V and 3,5H:1V. Previously, in order to analyze the stability, shear strength of the interfaces generated by geosynthetics and adjacent materials was estimated carrying out large scale direct shear tests. Likewise, a parametric analysis was performed in order to know the influence of the design parameters on the obtained factor of safety. Then, based on multiple analyzes performed considering different soil properties, geometric configurations and service conditions, recommendations for the design of cover systems with GCL and geomembrane in different slope inclinations are indicated in a matrix, including the types of reinforcement that are applicable. Finally, based on a reliability-based approach, design charts in function of reliability indexes are proposed, which will be useful for preliminary design of cover systems in mining projects.