CUESTIONARIO

PAUTAS PARA LA ELABORACION DEL MAPA GEOLOGICO GEOTECNICO

La mayoría de los mapas geológicos se realizan con propósitos generales y carecen de información cuantitativa sobre las propiedades mecánicas de los suelos y rocas, cantidad y tipo de discontinuidades, extensión de intemperismo, condiciones geohidrológicas, etc., que deben de ser de más utilidad para la construcción de obras de ingeniería civil.

Una de las principales desventajas de estos mapas para su uso en geotecnia radica en que rocas de diferentes propiedades ingenieriles pueden estar agrupadas en la misma unidad, por ser de la misma litología o de la misma edad.

Una solución para este problema sería elaborando mapas geotécnicos, cuyas unidades se definieran de acuerdo con sus propiedades ingenieriles, o bien a otras características determinadas por la finalidad específica del mapa.

Los mapas geotécnicos son planos que contiene datos geológicos e información de utilidad práctica para un proyecto de ingeniería determinado. Esta información provendrá tanto de observaciones detalladas de campo como de pruebas de laboratorio.

Los mapas geotécnicos son planos que contiene datos geológicos e información de utilidad práctica para un proyecto de ingeniería determinado. Esta información provendrá tanto de observaciones detalladas de campo como de pruebas de laboratorio.

Un plano geotécnico debe contener, en forma general, información referente a:

Topografía y toponimia. Litología (distribución y descripción de las unidades litológicas). Propiedades de suelos y rocas (resistencia, compresibilidad, permeabilidad). Espesor de suelos. Discontinuidades (datos estructurales: fallas, fracturas, rumos y echados, plegamientos;

características de ellas, diagramas estereográficas: discordancias). Hidrogeología (acuíferos, movimiento del agua, permeabilidad, calidad del agua, zonas de

filtración). Factores geodinámicos (velocidades de erosión y sedimentación, zonas inestables por

deslizamientos, avalanchas, solifluxión y creep; sismicidad, movimiento de dunas de arena, rocas expansivas).

Bancos de material. Exploraciones existentes (registro de toda la exploración geotécnica realizada en la zona). Riesgos geológicos (por ejemplo, probabilidad de deslizamiento o terremotos, áreas de

concentración de esfuerzos tectónicos).

EJEMPLO DE MAPA GEOTÉCNICO

CLESIFICACIÓN DE MAPA GEOTÉCNICOS

TIPO DE MAPA INFORMACIÓN CONTENIDA

ESCALAS USUALES

PREPARADAS POR

MÉTODO DE ELABORACIÓN

APROVECHAMIEN-TO INGENIERIL

Mapas geotécnicos regionales

Datos de geología general, enriquecidos con información de interés ingenieril o interpretaciones

1:10 milo menores

Instituciones gubernamen-tales o centros de investigación

Fotografías aéreas, observaciones de campo, mapas topográficos previos e información geológica existente.

Planeación y reconocimiento preliminar, información general sobre la región y de los materiales existentes en ella.

Mapas geotécnicos localesa) Etapas de reconocimiento preliminar.b) Etapa de investigación del sitio.c) Etapa de construcción de la obra.

Clasificación y descripción de suelos y rocas, geomorfología, hidrografía, geodinámica externa, sismicidad y vulcanismo, discontinuidades y localización de materiales.Datos sobre propiedades específicas de los materiales, levantamiento de unidades de diferente comportamiento ingenieril.Datos sobre aspectos importantes durante la construcción.

1:500a1:10 mil1:100a1:5 mil1:100a1:2mil

Ingenieros geólogos especialistas en minas, geología estructural o geotécnica.Ingenieros geólogos de mecánicas de suelos o rocas y geotécnicos.Ingenieros geólogos de mecánica de suelos o rocas y geotécnicos.

Fotointerpretación, recorridos de campo, usos de brújula y clisímetro.

Las anteriores, más los datos obtenidos de las pruebas mecánicas de laboratorio efectuadas en los materiales obtenidos, PCA, socavones y muestreo superficial.

Planeación y reconocimientos detallados.Detalles sobre sitios propuestos y problemas que se pudieran presentar.Detalles observados durante la obra y reconocimiento de problemas no previstos.

Un plano geotécnico puede contener una gran cantidad de información en un solo mapa, lo cual da una idea de la complejidad de su cartografía y dl ancho de márgenes que requiere.

Sin embargo, una alternativa para evitar un mapa geotécnico complejo, es elaborando una serie de mapas enfocados a diferentes especialidades de acuerdo con las necesidades del proyecto y la complejidad del sitio. Tales mapas serían por ejemplo:

Mapas tectónicos. Mapas hidrogeológicos. Mapas geomorfológicos. Mapas de propiedades mecánicas. Mapas geofísicos. Mapas de riesgo sísmico.

Para la elaboración del mapa de susceptibilidad se tienen en cuenta generalmente tres elementos:

1) Inventario de movimiento en masa ocurridos en el pasado.2) Topografía y mapa de pendientes3) Características geológicas, geomorfológicas y geotécnicas del terreno

INSTRUMENTACION GEOTECNICA

En la actualidad debido a la aparición de nuevas necesidades para cumplir con los requerimientos de la sociedad se han construido grandes obras como por ejemplo: presas de relaves y PAD de lixivisación para minería, presas de agua, entre otras. que por su importancia deben ser monitoreadas, en ellas también se deben satisfacer las mismas preguntas básicas, es allí donde la instrumentación geotécnica juega un papel importante proporcionando información útil para mantener margenes de seguridad en la operación de estas obras.

La ingeniería civil como toda disciplina científica, desarrolla sus principios básicos de diseño en hipótesis que permiten simplificar el análisis de los fenómenos físicos estudiados. En este sentido, nuestra disciplina, la geotecnia, estudia el comportamiento físico mecánico de los suelos y rocas, simplificando su análisis como si estos materiales fuesen medios continuos.

Entre los instrumentos que se utilizan para la instrumentación geotécnica se cuenta con:

INCLINÓMETROS

Los inclinómetros son equipos que permiten monitorear como se está deformando el cuerpo de una presa, que dirección sigue el desplazamiento. Su funcionamiento es muy sencillo y la técnica solo consta de realizar una perforación generalmente vertical en el elemento a monitorear e introducir una tubería de plástico, por donde luego de instalado se procederá a deslizar una probeta que contiene en su interior sensores (servoacelerometros) que proporcionan el ángulo de inclinación del elemento.

1. TUBOS INCLINOMÉTRICOS

Los tubos inclinométricos son tuberías especialmente ranuradas para ser usadas en instalaciones inclinométricas, proporcionan acceso al sensor inclinométrico permitiendo tomar lecturas de desplazamiento del suelo. Las ranuras dentro de la tubería controlan la orientación del sensor y proporcionan una superficie desde la cual se pueden obtener futuras mediciones del desplazamiento del suelo. La tubería es diseñada para deformarse con el movimiento del suelo adyacente al tubo o con la estructura. La vida útil del tubo termina cuando el continuo movimiento del suelo perfora o corta el tubo impidiendo de esta manera el pase del sensor.

2. SENSOR INCLINOMÉTRICO

Es un dispositivo o instrumento adaptado para poder medir las variaciones de la inclinación del tubo inclinométrico. El movimiento del sensor se indica por medio de una señal eléctrica proporcional al seno del ángulo de inclinación de la tubería a partir de un eje vertical central. Un dispositivo eléctrico denominado servo-acelerómetro (cuenta con dos) indica las variaciones de las inclinaciones de la tubería en toda su profundidad y/o principalmente en los planos de deslizamiento activo.

ANCLAJES

Los anclajes son elementos generalmente de acero que permiten estabilizar taludes de suelo o roca. Esto se logra transmitiendo cargas aplicadas en el extremo libre del anclaje que coincide con el plano del talud, hacia profundidad en una zona estable que pueda soportar estas cargas. Se denomina anclaje porque justamente en esta zona ha profundidad se ancla de diversas formas: anclaje mecánico, a través de resina o epoxico, o mediante bulbos de concreto donde estará enbedido el cable o barra de acero.

En minería el uso de pernos de anclaje es muy utilizado como una forma útil estabilizar sectores de túneles donde la probabilidad del desprendimiento de roca o fragmentos de roca es probable. La cantidad y el espaciamiento de los pernos dependerá del tipo de roca, su calidad y del grado de fragmentación.

a) Anclajes de barras

b) Anclajes de cables

Por el tiempo de trabajo en la contención contamos con dos tipo de anclajes de cable:

1. - ANCLAJE PERMANENTEUn anclaje permanente, como su nombre lo indica es aquel que trabaja permanentemente y durante toda su vida útil, generalmente se utiliza para la contención de taludes donde el anclaje es el elemento que permite y asegura la estabilidad. Se espera que tengan un periodo de vida útil de hasta 20 años, claro está su reposición y cambio pasa por un estudio que indicara la metodología y forma segura para su transición. Como es lógico todo elemento que este sujeto a tensión debe ser monitoreado bajo su periodo de uso para asegurar que está trabajando bajo las cargas de diseño, siendo necesario su mantenimiento en el tiempo.

2. - ANCLAJE TEMPORALUn anclaje temporal, como su nombre lo indica trabajara durante un periodo de tiempo limitado, generalmente se utiliza mientras se está realizando la excavación y contenerla mientras se construye otro elemento estructural que asuma las cargas como por ejemplo: la estructura de un sótano, al terminarse de construir el cajón estructural del sótano (compuesto por columnas, vigas y losas) ya no será necesario el trabajo de los anclajes. Se puede considerar un anclaje temporal si el elemento estará bajo trabajo por un tiempo hasta de 1 año.

PIEZÓMETROS

Los piezómetros son instrumentos empleados para monitorear los niveles piezométricos de agua, necesarios en los controles de colocación del material de relleno, la predicción de la estabilidad de los taludes, el monitoreo de la infiltración y la verificación de modelos de flujo. En la presa Pillones se han instalado dos tipos de piezómetros: piezómetros hidráulicos tipo Casagrande y piezómetros eléctricos de cuerda vibrante. A continuación se indican las características de cada uno de ellos:

a) PIEZÓMETROS HIDRÁULICOS TIPO CASAGRANDE

Los piezómetros hidráulicos tipo Casagrande son instalados en perforaciones y consisten en un filtro unido a una tubería vertical. El filtro es colocado en una zona de arena y posteriormente se coloca un sello de bentonita para aislar la presión de poros en el filtro. El espacio entre la tubería

vertical y la perforación es rellenada con un mortero de cemento para prevenir el movimiento no deseado del agua hacia la superficie. El detalle de la instalación se muestra en la Figura 4 a.

Los niveles de agua en los piezómetros verticales son medidos por un indicador de nivel de agua (Figura ). Este indicador lo componen un sensor, un cable o cinta graduada y un carrete con partes electrónicas. El sensor se introduce por la tubería hasta que haga contacto con el agua, lo que es indicado por una luz y un zumbador instalados dentro del carrete. La profundidad o nivel del agua se observa en el cable o cinta graduada.

(a) (b)

Figura: Instalación de piezómetro eléctrico de tipo Casagrande (b) Indicador de nivel de agua

b) PIEZÓMETROS ELÉCTRICOS DE CUERDA VIBRANTE (VW)

Los piezómetros eléctricos de cuerda vibrante (VW) son sellados en pozos de perforación y embebidos en rellenos para medir las presiones de poros.

El piezómetró VW convierte la presión de agua a una señal de frecuencia a través de un diafragma y de una cuerda de acero tensionada. El piezómetro está diseñado de manera que un cambio en la presión en el diafragma genera un cambio en la tensión de la cuerda. Cuando es activada por una bobina magnética genera una señal de frecuencia que es transmitida al aparato lector. El aparato lector procesa la señal y muestra la lectura en la pantalla.

Figura . Instalación de piezómetro eléctrico de cuerda vibrante

CELDAS DE ASENTAMIENTO VW

La celda de asentamiento VW es un aparato utilizado para medir asentamientos en terraplenes, rellenos y suelos de cimentación. Proporcionan un punto único de medida de asentamiento y expansión.

La celda de asentamiento consiste de tres componentes: un tubo lleno de líquido, un transductor de presión y un reservorio de líquido. Un extremo del tubo está conectado al transductor de presión, el cual está embebido en el suelo. El otro extremo del tubo está conectado a un reservorio, el cual está localizado a una altura superior en suelo estable, lejos de la actividad de la construcción.

El transductor mide la presión creada por la columna de líquido en el tubo. La altura de la columna es igual a la diferencia en elevación entre el transductor y el reservorio. Conforme el transductor se asienta con el suelo que lo rodea, la altura de la columna aumenta y el transductor mide una presión más alta. El asentamiento se calcula convirtiendo los cambios en la presión a milímetros o pulgadas de la carga del líquido.

Figura. Detalle de instalación de celda de asentamiento

REGISTRADOR DE DATOS “VW RECORDER”

El VW Recorder es una unidad lectora y registradora de datos empleada para medir el comportamiento de sensores de cuerda vibrante (p.e. piezómetros eléctricos VW y celdas de asentamiento VW). Este instrumento registra las señales de frecuencia y de temperatura. Las señales de temperatura las registra en °C y las de frecuencia en Hz; estas últimas son convertidas mediante el empleo de una ecuación cuadrática y de los coeficientes de calibración (A, B y C) a datos en unidades ingenieriles.

INDICADOR DIGITAL

El indicador digital es un instrumento portátil que contiene una batería recargable de 6 voltios de suministro de energía, controles eléctricos y una pantalla mostrador de lecturas digital. La precisión para un forro inclinométrico vertical ( 3) instalado es 6 mm cada 30 m, o mejor que ello. Se cuenta con un accesorio para recargar la batería; cuando está totalmente cargada puede llegar a 8 horas de autonomía. Las lecturas almacenadas son transferidas a una PC utilizando un programa de cómputo con el cual no solo se transfiere los datos si no que también se pueden manipular para hacer gráficos y reportes.

IMPORTANCIA DEL MONITOREO GEOTECNICO

El comportamiento de un talud se puede definir previamente con análisis de estabilidad. Dada la continua configuración cambiante que tiene toda mina a tajo abierto, los factores climáticos de la zona en la cual se ubica, esta predicción tiene que ser respaldada en base al monitoreo de la instrumentación instalada.

Los extensómetros, primas e inclinómetros es la instrumentación usual para evaluar el comportamiento de los taludes en minas; estos ayudan a determinar zonas inestables y superficies de falla. Pudiendo predecir anticipadamente deslizamientos, dando opción a realizar las obras de remediación para poner a salvo vidas humanas y a la operación minera.

El objetivo es dar a conocer los conceptos básicos de monitoreo, su interpretación y la predicción de fallas en taludes basados en monitoreo de prismas, extensómetros e inclinómetros.

Monitoreo basado en Prismas

El monitoreo de prismas toma como base la ubicación inicial del prisma y su movimiento relativo con respecto al punto original, el cual nos muestra el comportamiento de la zona monitoreada, pudiendo definir zonas de primas que tengan el mismo comportamiento (Fig. 1a y 1b).

Fig. 1a y 1b. Monitoreo basado en Prismas. Identificación de zonas de similar comportamiento.

Los primas también nos pueden indicar el tipo de falla según el movimiento que describen (Fig. 2a y 2b).

Fig. 2a y 2b. Monitoreo basado en Primas. Identificación del Tipo de Falla.

Monitoreo basado en Extensómetros

El extensómetro permite la medición directa del desplazamiento en la abertura de una grieta de tensión. La instalación de estos extensómetros se realiza colocando un extremo de éstos en la zona estable, por detrás de la grieta, el otro extremo se coloca en la zona inestable, siendo este último punto el que presentará movimiento.

El extensómetro debe posicionarse transversal y perpendicular a la grieta (Fig. 3).

Fig. 3. Monitoreo basado en Extensómetros.

Monitoreo basado en Inclinómetros

El inclinómetro es usado para monitorear movimientos laterales (DGSI, 2007). La diferencia de su uso que a diferencia de los prismas y extensómetros que observan el comportamiento superficial, el inclinómetro vertical puede observar el comportamiento en la profundidad del terreno. El inclinómetro nos puede informar la presencia de una superficie de falla (Fig. 4).

Fig. 4. Monitoreo basado en Inclinómetros.

Los trabajos a realizar se basan en las siguientes consideraciones generales, y en las especificaciones y alcances que se exponen en los subnumerales siguientes:

El levantamiento topográfico deberá incluir planos de planta y secciones transversales. Los mojones de referencia en concreto deben ser asociados a coordenadas GPS con

precisión de primer orden según lo dispuesto por Ecopetrol S.A. en el instructivo VIT-GTT-I-024. Estructuración y Actualización de la Información Geográfica de la Infraestructura Operacional de la VIT.

Las perforaciones donde se instalarán inclinómetros se realizarán en diámetro de cuatro pulgadas (4”), a una profundidad de 20 metros o hasta que perfore la roca, por lo menos tres (3) metros.

Las perforaciones donde se instalarán Piezómetros se realizarán en diámetros de tres pulgadas (3”), a una profundidad aproximada de 15 metros o hasta encontrar el manto acuoso.

No obstante, la localización de cada perforación por ubicación y profundidad final se definirá en el sitio y corresponderá a la establecida por el personal de ECOPETROL S.A. o su representante en campo.

La tubería para los inclinómetros deberá ser Geokon modelo 6501 o similar de tal manera que cumpla con las especificaciones técnicas de diámetro (Max. O.D. coupling, 75mm y Max. O.D. casing 70mm) y resistencia para que soporte la presión de tierras sin sufrir aplastamiento y sea posible realizar el monitoreo posteriormente.

Suministro e instalación en cada una de las perforaciones de la tubería, materiales, accesorios y equipos para toma de datos, necesarios para conformar inclinómetros y piezómetros de tubo abierto tipo Casagrande, estos últimos de acuerdo con la siguiente figura.

Con relación a la caracterización geomecánica de los materiales que conforman el subsuelo, el muestreo será continuo y se exceptúa de esta exigencia a la primera capa, en donde se podrá obtener muestra en bloque a partir de un apique, salvo que los materiales correspondan a granulares sueltos como aluviales y/o cantos.

Los ensayos de laboratorio se deben realizar de acuerdo a las normas de ensayos para materiales del INVIAS.

Las Actividades de Monitoreo en campo serán lideradas por un (1) Ingeniero Auxiliar, Supervisor II, nivel 8, entrenado en la toma y lectura de datos. Adicionalmente deberá ejecutarse con el acompañamiento de un representante de ECOPETROL S.A y/o la GESTORIA. Los resultados y recomendaciones producto de las lecturas serán formulados y sustentados por el Especialista en Geotecnia.

El Contratista en los primeros 90 días de ejecución del Contrato asignado, deberá programar, previa autorización de ECOPETROL S.A, la instalación del setenta por ciento (70%) de las facilidades de monitoreo, como los son los inclinómetros, los piezómetros y los mojones en Tapa.

Importancia del monitoreo de taludes

Indicar fallas inminentes Estructuras geotécnicas pueden fallar con consecuencias catastróficas en cuanto a vida y

propiedad. Este tipo de fallas puede ocurrir por sobrecarga, errores de diseño, construcción con deficiencias, deterioro, etc.

El monitoreo puede servir para dar aviso y salvar vidas. Entregar avisos Sistemas de instrumentación pueden ser instalados pare entregar aviso que algún

indicador ha excedido limites aceptables. Estos instrumentos pueden ser parte de un sistema autónomo que automáticamente

gatille la alarma. Revelar incertidumbres Como ingenieros geotécnicos se trabaja constantemente con incertidumbres, las cuales

pueden llevar a fallas catastróficas. Siempre existirán incertidumbres en los proyectos geotécnicos; se instrumenta para

observar el comportamiento real de la obra.

Minimizar daños a estructuras adyacentes Por ejemplo, monitoreando el desplazamiento lateral de una excavación. Control de la construcción Instrumentación puede ser usada para monitorear el progreso de cierto desempeño

geotécnico para controlar así la actividad constructiva. Mejorar el estado del conocimiento Mucho de los avances en la ingeniería geotécnica tienen sus raíces en datos obtenidos de

instrumentación de proyectos a escala real.

PRINCIPALES PROBLEMAS GEOTECNICOS EN LA MINERIA

A partir de una visión general del tema, se establece que muchas operaciones mineras y de procedimiento de mineral producen desagües y desmontes, así como relaves de grano fino y aspecto lechoso cuyos componentes principales son generalmente silicatos coloidales y óxidos metálicos. Cómo deshacerse de estos residuos y cómo evitar infiltración de contaminantes en el suelo y agua es un problema ambiental de la mayor importancia para la industria minera del Perú, más aun cuando la restauración de las áreas de desechos para volver a usarlas es frecuentemente difícil y costosa.

La ingeniería Geoambiental estudia las principales actividades y problemas relativos al deterioro del medio ambiente en la minería, enfatizando en los aspectos de las actividades más usuales de la ingeniería peruana concernientes a la construcción de los depósitos de los efluentes líquidos y desperdicios sólidos que ahora deben cumplir con requisitos mínimos para evitar la contaminación ambiental. Finalmente se analizan algunos resultados de contaminación del Río Mantaro en los alrededores de Oroya.

- DE DEPOSITOS DE DESECHOS

En minería, generalmente las estructuras de interés pueden considerarse como botaderos de materiales secos y embalses de materiales con lechada. La tecnología de la Ingeniería Geoambiental se utiliza en la investigación, diseño, construcción y rehabilitación de todos estos tipos de estructuras, logrando que sean seguras y económicas bajo el contexto de los métodos y necesidades de la moderna minería peruana y de las regulaciones que el Estado impone actualmente para proteger al medio ambiente.

Generalmente el almacenamiento de los residuos secos se hace bajo alguna de las siguientes formas comunes que son determinadas principalmente por las condiciones del lugar: rellenando o

cerrando un valle o una quebrada, botadero en media ladera o en la cumbre de cerros o formando pilas por amontonamiento cónico de residuos minerales.

Los principales factores que determinan este tipo de botadero para ser utilizado en un proyecto específico son: la topografía del lugar, el volumen de material y costo del transporte o acarreo hasta el lugar a ser depositado.

El almacenamiento de desechos minerales húmedos se hace generalmente por medio de embalses que comprenden el cerramiento de valles o quebradas, cumbre de cerros o a medio talud, encerrados por diques o bordos artificiales de contorno o totalmente excavados o colocados en depresiones naturales (Carrillo).

- PRESAS O DIQUES DE RELAVE

Considerando específicamente los depósitos superficiales como estructuras de retención de desechos industriales o mineros, estos pueden ser divididos básicamente en dos grupos: presas o diques de tipo convencional y rellenos hidráulicos construidos por etapas. Las presas de tipo convencional se construyen utilizando en lo posible los materiales estériles del mineral explotado o materiales provenientes de bancos de préstamo adyacentes, utilizando los métodos y tecnología conocida en la ingeniería geotécnica.

Tales estructuras en algunos casos constituyen una alternativa en situaciones donde volúmenes apreciables de agua o efluentes industriales no recirculan y son almacenados junto con el relleno sólido.

Los rellenos o presas construidos por etapas se clasifican en tres grupos de acuerdo al método constructivo : relleno construido aguas abajo, relleno aguas arriba y en línea central. Estas denominaciones se refieren a la dirección en que la cresta del relleno se mueve en relación al dique o presa inicial a medida que la estructura aumenta de altura.

En los métodos indicados se establece que para una misma altura de relleno la presa que emplea el mayor volumen de material es la construida por el método aguas abajo, mientras que la construida aguas arriba presenta la desventaja de apoyarse sobre una fundación constituida por materiales casi siempre no consolidados totalmente. Por otro lado, este tipo de diques presentan características de cálculo muy diferentes a los barrages habituales, ya que en una presa de tierra convencional la dirección de la presión del agua es descendente, incrementándose las fuerzas friccionantes en la presa y su cimentación. En una presa de relaves construida por el método aguas arriba las presiones del agua son una fuerza ascendente y desestabilizadora (Carrillo A.,S.A., 1988 – 1989).

Otro factor importante que en nuestro país no puede dejar de considerarse es la influencia que tienen los movimientos sísmicos en la estabilidad de las presas de relave. Muchas de las fallas registradas se han producido por el efecto de los terremotos que podrían haber originado el

fenómeno de licuación y por lo tanto la falla catastrófica con considerables pérdidas materiales y humanas (Kavazajian, 1995).

De la misma manera, es previsible ocurran también otros tipos de fallas y accidentes debidos a inestabilidad del apoyo o de su cimentación, flujo y/o filtraciones incontroladas, diques y muros de arranque inadecuados, mal funcionamiento del sistema de deposición, vibraciones producidas por explosiones en la mina, erosión por lluvia, etc. Para todos estos casos siempre es posible efectuar un diseño adecuado haciendo uso de la ingeniería geoambiental.

- REVESTIMIENTO E IMPERMEABILIZACION

La impermeabilización de los reservorios destinados a almacenar los residuos industriales o mineros y la protección del suelo, tiene como principal objetivo minimizar las infiltraciones de efluentes líquidos que contienen residuos contaminantes, compatibilizando tales infiltraciones a niveles que no alteren el estado de las aguas superficiales y subterráneas. Para conseguir tales objetivos se dispone de tres formas de impermeabilización:

1- Impermeabilización con materiales naturales, utilizando en general, suelos arcillosos o eventualmente mejorados con algunos aditivos para reducir su permeabilidad y mejorar su trabajabilidad.

2- Impermeabilización con materiales artificiales, generalmente utilizando productos manufacturados tales como membranas de PVC y jebe, así como productos en base a emulsiones asfálticas, etc.

3- Impermeabilización mixta, que como su nombre lo indica, utiliza la combinación de materiales naturales y artificiales. En general cualquiera de las soluciones que sea adoptada de acuerdo a las características del proyecto minero, debe estar premunida de un adecuado sistema de drenaje que estará constituido por sistemas drenantes, drenes con tubos perforados o ranurados, que actúen de diversas formas en función de las necesidades del proyecto. Las formas usuales del funcionamiento del sistema de drenaje asociado a los sistemas de impermeabilización originan los siguientes efectos:

Reducción de la presión hidráulica sobre la camada impermeable. Aceleración del proceso de densificación de los residuos acopiados. Alivio de eventuales subpresiones sobre la impermeabilización, sobre todo durante la etapa de la construcción. Captura y conducción de la forma mas adecuada las infiltraciones contaminantes a

través del sistema impermeabilizante (Das, 1994).

En orden a entender los métodos de construcción y funcionamiento de los sistemas de revestimiento actuales, es necesario revisar las propiedades generales de los materiales componentes de estos revestimientos, esto es arcillas y geosintéticos (tales como geotextiles, geomembranas, georedes, geonets, etc).

La Agencia para la Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos ( Environmental Protección Agency-US EPA) especifica que las arcillas por utilizar deben tener un coeficiente de permeabilidad mínimo de k = 10-7 cm/seg o menos. Para llegar a este valor el suelo arcilloso debe cumplir con las siguientes características: (US EPA, 1989).

1- Debe contener por lo menos un 20% de finos .

2- El Índice Plástico no debe ser mayor de 10 .Suelos que tienen un Índice Plástico tan 30 son muy difíciles de trabajar en el campo.

3- El suelo no deberá tener más de 10% de grava.

4- El suelo no deberá contener partículas o boleos de roca mayores de 1"a 2"de diámetro efectivo.

En muchos casos los materiales encontrados en el lugar de la construcción pueden ser a menudo no-plásticos .En estos casos deben mezclarse con arcillas o bentonita sódica con el fin de reducir el coeficiente de permeabilidad y por lo tanto impedir que lo líquidos contaminantes actúen.

Los factores que generalmente controlan el valor de la permeabilidad en una arcilla compactada son los siguientes:

1- Contenido de humedad y peso unitario de compactación. Se comprueba tradicionalmente que para un peso unitario alto con un contenido de humedad en el lado seco de la curva de compactación da como resultado valores de permeabilidad bajos. Actualmente existen estudios que no sólo consideran estos parámetros sino también estiman las condiciones de resistencia al cortante y conductividad hidráulica del suelo arcilloso compactado para definir una zona aceptable que proporcione un coeficiente de permeabilidad bajo dentro de la curva de compactación en el campo, donde deberá utilizarse rodillos especiales que introduzcan al suelo grandes deformaciones de corte durante la compactación a fin de crear una estructura dispersa en el suelo y por lo tanto menor permeabilidad.

Esto mismo es aplicable a la construcción por medio de capas o camadas de compactación de pequeño espesor y muy bien integradas unas con otras.

2- El tamaño de los terrones de arcilla durante el proceso de compactación tiene gran influencia sobre el valor del coeficiente de permeabilidad buscado para el revestimiento compactado. Se establece que grandes terrones de arcilla pueden incrementar el valor de la permeabilidad en varios ordenes de magnitud. Sin embargo, el grado de incremento en la permeabilidad decrece con el incremento en el contenido de humedad de moldeo. Luego en la preparación de los revestimientos de arcilla es importante que los terrones sean triturados mecánicamente a lo más pequeño como sea posible, mediante la utilización de equipos mecánicos de campo adecuados..

3- La trabazón entre las sucesivas camadas durante el proceso de compactación es también un factor importante. Sin embargo las filtraciones de contaminantes pueden moverse a través de grietas verticales que pueden producirse en el recubrimiento y luego pasar a lo largo de la interfase entre dos camadas hasta encontrar otra grieta. Este proceso puede reducir apreciablemente la permeabilidad de la arcilla del recubrimiento (US EPA, 1986).

Adicionalmente, debemos indicar que recientes investigaciones indican que la relación de las filtraciones contaminantes en un revestimiento de arcilla en muchos casos, exceden las predicciones efectuadas en base a ensayos de laboratorio. Esto es, se han encontrado en la realidad valores comprendidos entre 10 a mil veces más grandes que los obtenidos en muestras de laboratorio inalteradas o compactadas. La fuente principal de error parece encontrarse en la dificultad de obtener verdaderas muestras representativas del suelo arcilloso, así como que es muy difícil de reproducir especimenes recompactados que contengan una real distribución de grietas o fisuras por desecación y otros defectos hidráulicos que suelen presentarse en los revestimientos compactados de arcilla. Sin embargo los resultados de las mediciones de campo si son comparables con los valores reales, es decir éstos si pueden dar mejores resultados que los ensayos de laboratorio.

Finalmente, con respecto al suelo arcilloso a utilizar en los revestimientos compactados con fines de impermeabilización, restauración o abandono de depósitos mineros contaminantes, se requiere calcular la velocidad de consolidación y su densidad final, como parámetros críticos para evaluar asentamientos diferenciales o el tiempo requerido para llevar a cabo la restauración del área involucrada. El cálculo de la compresibilidad y permeabilidad en estos materiales altamente blandos es bastante difícil, sobre todo debido a los procesos físico-químicos que originan efectos adicionales de deformación y resistencia al cortante en estos materiales de desperdicio encontrándose grandes rangos de variación con respecto al cálculo tradicionalmente empleado en la ingeniería Geotécnica .

- USO DE GEOSINTETICOS

En muchos casos, debido a la falta de materiales naturales para lograr una buena impermeabilización y a los límites rigurosos impuestos por las regulaciones estatales acerca de la infiltración admisible, se hace necesario la utilización de membranas sintéticas para el revestimiento de los reservorios y canchas de procesos industriales El estudio de estos materiales involucra normalmente una investigación del mercado y sus fabricantes, tipos, marcas, composición química y disponibilidad de stock, dado a que no se trata de un material de consumo rutinario en gran escala. Además será necesario estimar la compatibilización química de los geosintéticos con los materiales de desecho a acopiarse, las técnicas adecuadas para su manejo, colocación e implementación en el lugar de las obras, etc.

Las principales funciones que desempeñan los geosintéticos son las siguientes: separación, refuerzo, filtración, drenaje y barreras de humedad. La compatibilización de estos materiales geosintéticos normalmente se hace a través de ensayos químicos, de estabilidad dimensional, espesor, densidad, tracción, rasgo, pérdida de plastificante, y permeabilidad entre otros, recomendándose se hagan las pruebas con materiales naturales y expuestos a condiciones de operación y envejecimiento.

Los aspectos relativos al manipuleo y técnicas de colocación involucran aspectos de duración máxima, peso, condiciones de colocación en el campo, etc., que tendrán influencia significativa en la viabilización de una alternativa posible. Esta elección, una vez analizados los aspectos comentados anteriormente, deberá considerar 3 requisitos básicos: economía, directivas y normas de las Agencias del Estado correspondientes y riesgo de fallas técnicas en la impermeabilización. Estos requisitos pueden finalmente ser traducidos en tasas de infiltración admisibles, avalando factores de seguridad tomados en los cálculos teóricos, llegándose a una solución final que depende de la habilidad, experiencia y confiabilidad del proyectista en cada una de las alternativas, asociadas siempre a un criterio analítico sobre las consecuencias de infiltración (Koerner, 1995).

Otros aspectos que podrían interferir en el proceso de decisión son la existencia de un programa de monitoreo, las posibilidades de paralización de las operaciones del reservorio y la definición de técnicas adecuadas de recuperación del acuífero en caso de detectarse eventuales contaminaciones del agua o del suelo subyacente al lugar de las obras.

- TIPOS DE REVESTIMIENTOS y GARANTIA DE CALIDAD

Las obras de ingeniería en minería que requieren de sistemas de impermeabilización pueden ser de contención o confinamiento de productos sólidos, líquidos o gaseosos. A estos sistemas se les llama SIMPLES cuando están formados solamente por una capa impermeable, .siendo empleadas generalmente en casos de contención de materiales donde el riesgo de pérdidas eventuales de contaminantes no representa un problema.

En realidad no existe un material totalmente impermeable, y la experiencia ha demostrado que, a pesar de considerar un riguroso control de calidad, podrían existir imperfecciones en las juntas o uniones, fisuramiento o resecado de las capas de arcilla, daños en la instalación, efectos de flujo preferencial o eventuales fugas localizadas. Por esta razón, en muchos países se ha normalizado o se están adoptando Normas para los casos de contención de productos contaminantes peligrosos o tóxicos, considerándose la superposición de capas impermeables, originando los SISTEMAS COMPUESTOS que consisten en geomembranas acompañadas de geomallas o capas de materiales drenantes y tubos de drenaje, con la finalidad de colectar y conducir los fluidos o gases que puedan atravesar la primera capa impermeabilizante superior. Otro tipo es el SISTEMA DOBLE donde se superponen dos geomembranas premunidas en su interior de un sistema drenante, entre una capa arcillosa impermeable compactada y una capa drenante arenosa o una geonet, o

bien se utilizan geomembranas con sistemas compuestos hasta lograr una perfecta consistencia entre los materiales involucrados (Mitchel et al, 1990). En el caso de contención de desechos sólidos donde se presenten filtraciones o formación de fluidos o gases contaminantes , la concepción actual establece que éstos deben ser recolectados y evacuados rápidamente hacia un sistema de eliminación o tratamiento, sin dejarlos dentro de las interfases o en contacto con el medio ambiente. Existen actualmente especificaciones adecuadas que obligan a la colocación de sistemas especiales para eliminar totalmente estos productos fluidos o gaseosos generados por el desecho depositado. Los sistemas de impermeabilización en estos casos necesitan un revestimiento de todas las interfaces tanto en la cimentación como en los bordes laterales de contención, estimándose un revestimiento de fondo y un revestimiento de cobertura. Estos últimos también se utilizan para los casos de abandono o cuando el reservorio se completa y ya no es posible colocar mas residuos, colocándose una tapa o capa superior que reduce o elimina la generación de filtraciones premunida de un sistema para facilitar la conducción de gases o líquidos contaminantes (Bonaparte, 1995).

- ESTUDIO DE LA PLUMA CONTAMINANTE

En estos estudios, algunos aspectos merecen ser destacados por su importancia en la elección de una alternativa de solución:

Aspectos relativos a la contaminación de aguas subterráneas que exigen un estudio inicial de modelos de flujo permanente en áreas de interés y un riguroso control de calidad de las aguas superficiales y subterráneas a través de análisis físico-químicos, si es posible identificando sus variaciones y calidad para uso del consumo humano, uso industrial, irrigaciones, etc., con base en los patrones establecidos por los Organismos del Estado competentes. La etapa siguiente consiste en determinar, conociendo la composición química del poluente, las tasas de infiltración admisibles, de modo que las concentraciones resultantes no alteren, si es posible, la utilización del agua, o si es el caso, las alteraciones provocadas permitan el restablecimiento de la calidad original a través de procesos convenientes de tratamiento a bajo costo.

Por tanto, la dificultad reside en el establecimiento de un modelo de evaluación de la pluma contaminante, particularmente teniendo en cuenta:

- El método de cálculo

- La presencia de poluentes no reactivos

- La presencia de poluentes reactivos.

Con relación a los procedimientos matemáticos de cálculo, se dispone normalmente de tres métodos usuales:

- Métodos analíticos basados en soluciones de ecuaciones diferenciales con idealización de modelos con diversos niveles de simplificación

- Métodos semi-analíticos, que son aproximados y en general se asocian a la experiencia del proyectista con fundamentos de mecánica de fluidos, para definir los modelos de cálculo basados normalmente en funciones de velocidades y de flujos.

- Métodos numéricos, más sofisticados y precisos, que permiten tomar en cuenta geometrías complejas, medios heterogéneos, dispersión, difusión y procesos químicos con intercambio catiónico, degradación, decrecimiento de radioactividad, etc (Barros, 1986).

La elección del método de cálculo para evaluar la pluma contaminante, en realidad no es un problema complicado. De acuerdo al proyecto y tomando en cuenta la precariedad de los datos disponibles, en general son utilizados los métodos analíticos y/o semi-analíticos en estudios preliminares o proyectos pequeños, sin tomar en consideración los procesos químicos involucrados. Tales procedimientos pueden mejorarse en las etapas posteriores del proyecto o en todo caso es posible también la aplicación de métodos numéricos de formulación más simple. La aplicación de métodos numéricos fija condicionamientos de disponibilidad de una gran cantidad de datos, que en muchos casos en nuestro medio no es posible de obtener y cuya evaluación puede hacerse sólo en los proyectos grandes, siendo por lo tanto de poca utilización práctica, de modo que a criterio del proyectista pueden utilizarse tomando en consideración que sus resultados en algunos casos pueden ser subdimensionados, por la no consideración de reacciones químicas presentes en el proceso contaminante.

LABORES DEL GEOTECNISTA EN MINERIA Los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etc.) que han sufrido.

Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales (zapatas), cimentaciones semiprofundas (pozos), y cimentaciones profundas (pilotes). Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca y que para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobre los que están asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los túneles son estructuras construidas a través del suelo o roca y cuyo método constructivo depende en gran medida de las características del terreno que se verá afectado (tipos y condiciones de materiales atravesados, condiciones hidrogeológicas, etc.) lo que influye a su vez en la duración de la obra y en sus costes.

Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el ambiente de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída de rocas.

El rol de los geotecnistas es crítico, ellos proveen información relativa a la calidad del macizo rocoso. La seguridad en la mina es muy importante, ellos garantizan un desarrollo económico y seguro de la explotación del mineral.

Entre las principales funciones del geotecnista, tenemos:

Evaluación geotécnica de alternativas de explotación Definición de secuencia de explotación Direcciones de avance de explotación Ritmo de producción Diseño, secuencia y tamaño tronadura Evaluación de recuperación de reservas Desarrollo de herramientas de apoyo a la planificación

La rutina de un geotecnista es la siguiente:

1. Mantener continuidad operacional & seguridad: detectar potenciales inestabilidades y definir una recomendación a la operación.

2. Asegurar el cumplimiento de las prácticas recomendadas durante el desarrollo de un proyecto minero: soporte y/o fortificación, método excavación, secuencia de tronadura, etc.

3. Revisión de datos de monitoreo de rutina.

4. Apoyar a servicios geotécnicos. Tomas de datos geotécnicos, instalación de instrumentos.

5. Establecer interacción y apoyo a otros procesos a través de recomendaciones de rutina.

6. Realizar un control de calidad.

UNIVERSIDAD NACIONALDE CAJAMARCA

Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica

CUESTIONARIO

ASIGNATURA : GEOTÉCNIA I

DOCENTE : Ing. Wilver Morales Céspedes

ALUMNO : Rivasplata Ñazco, Anna V.

CICLO : VIII

Cajamarca, 23 de Enero del 2013