La elaboración de una estrategia global de seguimiento de las presas de relaves requiere una visión más holística, centrada en los datos de seguimiento y vinculada a las hipótesis originales. Al utilizar GeoStudio SEEP/W como parte de esta estrategia, AECOM ofrece un enfoque más seguro y colaborativo para una mejor toma de decisiones.
Luke Clarkson, que se graduó de sus estudios de doctorado en 2021, realizó una serie de trabajos teóricos y de estudio de casos como parte de una tesis sobre el desarrollo de una estrategia integral de monitoreo de presas de relaves.
En 2020, se llevó a cabo un proyecto de investigación en una mina de oro australiana sin nombre para ayudar a entender la influencia de las condiciones externas en el estado freático, y cómo y cuándo estos cambios podrían reflejarse en ubicaciones discretas de piezómetros.
Como hay un efecto retrasado en la propagación de los cambios de presión intersticial en una presa de relaves, GeoStudio SEEP/W se utilizó para facilitar este análisis transitorio. Gracias a que es una potente solución de elementos finitos para modelar el flujo de agua subterránea en medios porosos, SEEP/W permite a los usuarios modelar problemas simples de estado estacionario saturado o sofisticados análisis transitorios saturados/no saturados, como la filtración a través de complejas presas de relaves aguas arriba.
“Al usar el modelo calibrado, tenemos una comprensión más holística de nuestra presa de relaves”, dice Luke.
“Al reflejar los datos prácticos en el modelo teórico, podemos perfeccionar los parámetros de diseño asumidos en función del comportamiento durante un largo periodo de tiempo. Una presa de relaves es un entorno único y cambiante que se construye de forma iterativa y contiene material de lodo variable, no agua pura. La capacidad de análisis transitorio de SEEP/W fue de vital importancia”.
La condición freática en las presas de relave y los relaves depositados responde de manera diferente debido a la permeabilidad del material y a los cambios en las condiciones externas. Es importante que los operarios y diseñadores comprendan estos cambios y su reflejo en ubicaciones discretas de piezómetros.
Los cambios en la presión intersticial del suelo inducidos en un lugar de la presa de relave pueden tardar mucho tiempo en propagarse a un lugar determinado del piezómetro; por tanto, podría esperarse un efecto retardado. Comprender esta transitoriedad es clave para la gestión continua.
Mejor gestión de los relaves
Las nuevas pautas de la Norma Industrial Global sobre Gestión de Relaves del Consejo Internacional de Minería y Metales (Global Industry Standard on Tailings Management, ICMM) colocan la responsabilidad de una mejor gestión de relaves en los operarios.
Con los datos obtenidos de Todd Armstrong, director asociado de Ingeniería de Presas de AECOM en una mina de oro en Australia, Luke desarrolló el modelo numérico utilizando GeoStudio SEEP/W basado en las condiciones existentes y en la disposición de la presa.
El objetivo inicial del modelo era reflejar lo que ocurría en la mina. Las instalaciones y mediciones de los piezómetros se compararon con los escenarios modelados numéricamente, lo que permitió calibrar el modelo con el rendimiento en el lugar. A su vez, esto permitió la evaluación de la sensibilidad de las condiciones freáticas contra los cambios hipotéticos en el entorno de la presa de relave.
“La característica que me llevó a utilizar GeoStudio fue la capacidad de SEEP/W en el análisis transitorio”, explica Luke. “Podemos modelar un nivel de agua cambiante en el tiempo, lo que en una situación de presa de relave es muy importante”.
Cómo superar el desafío de la sensibilidad
El mayor reto era el número y la sensibilidad de los parámetros que afectan al estado freático, ya que el entorno de la presa de relaves es muy sensible.
“Teníamos la respuesta práctica a la que queríamos llegar a partir de los datos del piezómetro, así que intentamos simularla en lugar de empezar con la teoría y evaluar lo que uno cree que pasará”, explica Luke.
“Estábamos haciendo un seguimiento hacia atrás, teníamos que conseguir que fuera lo más representativo posible. Esto significó un montón de idas y venidas para hacer coincidir la salida con la entrada. Pero, a pesar del carácter iterativo, llegamos a un punto en el que estábamos conformes con el modelo. Conseguir una tendencia que estaba cerca de lo que estábamos viendo en nuestras lecturas de piezómetros fue un alivio, pero también impresionante”.
Cómo calibrar el modelo
La calibración de las mediciones del piezómetro en el lugar con el modelado de la presión del agua intersticial en SEEP/W permitió considerar el efecto hipotético del aumento del nivel del estanque, la variación lateral de la conductividad hidráulica y la introducción de una carga externa en las presiones del agua intersticial de la presa de relave.
Esto se muestra en las siguientes cifras. El gráfico de “datos reales del piezómetro” se genera a partir de las lecturas del piezómetro en el lugar: “calibrado” muestra el perfil de infiltración modelado, mientras que el “aumento del nivel del estanque”, la “variación lateral” y la “carga externa” reflejan los diferentes escenarios de condiciones externas.
En general, se logró la magnitud general del cambio en la elevación total de la parte superior, y la respuesta modelada estaba dentro de los 3,7 m (con los picos de datos) o 2,2 m (sin los picos de datos), al comparar lecturas de piezómetros en el lugar con los niveles de elevación generados dentro del modelo calibrado.
Cómo comprender el rendimiento de las presas
La investigación de Luke combinada con el diseño de AECOM permitió la calibración del modelo, al reflejar los datos prácticos para proporcionar una mejor comprensión de la presa de relave en su conjunto y minimizar el riesgo.
La investigación demostró que, cuando se considera el verdadero rendimiento de la presa de relave, es importante entender que la medición puede estar en tiempo real, pero la condición que se mide tiene una respuesta tardía a los cambios en la presión del agua intersticial. Las condiciones externas consideradas (aumento del nivel de protuberancia, introducción de una carga externa y conductividad hidráulica lateral variable) aumentaron la elevación total de la parte superior en los puntos de medición del piezómetro en comparación con los datos de campo. Se sugirió que las diferentes condiciones externas reflejan diferentes comportamientos de elevación total de la parte superior. Los profesionales también pueden repetir el enfoque basado en la orientación dentro del documento de investigación, adaptado a los conjuntos de datos únicos de sus sitios.
Colaboración mejorada para lograr altos estándares
El modelo permite una mejor colaboración entre los diseñadores y los operarios en el lugar. El enfoque también garantiza las mejores prácticas y ayuda a cumplir con las obligaciones con respecto a las nuevas pautas del ICMM sobre relaves.
La demanda —y, a su vez, el riesgo asociado— para el almacenamiento de relaves está aumentando exponencialmente con el tiempo. Mediante el acceso y el uso de los enfoques apropiados de diseño y construcción, y de operación y monitoreo, los profesionales de las presas de relaves pueden obtener equipos más fácilmente para entender y evaluar el deterioro de sus estructuras únicas de presas de relaves.
“Validar el modelo de diseño asumido significa que aplicamos lo que hemos aprendido durante años para una mejor comprensión. Por la forma en que se dirige la industria de las presas de relave, hay mucho más énfasis en la supervisión de los datos y la instrumentación y en vincularlos con las suposiciones originales, en lugar de tratarlos como partes separadas”, dice Luke.
«Cuando la presa entre en funcionamiento, muchas partes interesadas se fijarán en los datos de seguimiento antes de volver a examinar el diseño original o las hipótesis. Combinarlos da una visión más integral. Permite un enfoque más seguro y colaborativo entre las partes interesadas y permite el debate y la toma de decisiones informadas».
Fuentes:
La investigación formaba parte de un tema de investigación de doctorado con la intención de aprovechar los contactos globales y los conocimientos derivados previamente para avanzar en la comprensión de las estrategias de supervisión de las presas de relave.
Lea la tesis completa aquí.
https://www.researchgate.net/publication/352983518_Comprehensive_Monitoring_Strategy_for_Tailings_Dams