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Universidad Nacional de San Agustín Facultad de Ingeniería Civil Escuela profesional de ingeniería civil

“ANÁLISIS DE LA RUPTURA DE LA PRESA VAL DI STAVA” Integrantes: Lazarte Luque, Luis Jesús (Coordinador) Machuca Rios, Roger David (Editor) Ocsa Palma, Jefferson Rodrigo (Creativo) Pacheco Huacho, Rolando Ernesto (Secretario) Riveros Maque, Christian Wilfredo (Asistente)

Docente: Marite Pettsesky Ancco Castillo

Arequipa 2020

1 Tabla de contenido

Introducción

2

Objetivos

3

Objetivo general

3

Objetivos específicos

3

Marco teórico

4

Contextualización

4

Desarrollo de la presa a través del tiempo

6

Característica de la presa de Val Di Stava

9

Registros de Mantenimiento

11

Registros de Lluvias

12

Desastre producido por el flujo de lodo y efectos

12

Análisis crítico del desastre

14

Mecanismos de fallas en las presas de residuos mineros

15

Conclusiones

16

Recomendaciones

18

Referentes bibliográficos

19

2

Introducción

“La minería, como actividad económica, ha jugado un papel preponderante desde los orígenes de la humanidad, a partir de que el hombre comenzó a desarrollarla para elaborar herramientas que mejoraran su calidad de vida y permitieran su subsistencia.” (Tamayo, 2017). Sin embargo, particularmente en el caso que analizaremos y como afirma el MINEM, actualmente muchos problemas ambientales asociados con el manejo de los relaves mineros en Norteamérica y Europa están relacionados con la contaminación potencial del agua superficial y subterránea. Desde América hasta Australia, las grandes empresas mineras, con el propósito de expandirse y buscar nuevas economías de escala, han ido excavando cada vez canteras más grandes y profundas, por lo tanto, se ha ido construyendo más presas de relaves mineros, podemos pensar que estas presas han sido diseñadas de la manera más eficaz posible, sin embargo, suelen fallar con mucha frecuencia, un claro ejemplo es la inundación del valle de Stava. Entre los Alpes del sur italiano se encuentra el valle de Stava, cercano a unas empresas mineras que extraían fluorita, la extracción producía grandes desechos en forma de arena y agua. El 19 de Julio de 1985 ocurrió una catástrofe la cual fue llamada:” El colapso de la presa Val di Stava “.

3 Objetivos

Objetivo general

● Investigar las causas y consecuencias que provocaron el colapso de la presa Val Di Stava. ● Analizar los diferentes problemas que originaron el colapso de la presa, teniendo en cuenta los factores meteorológicos y bases.

Objetivos específicos

●

Reconocer y analizar los factores que participaron en la ruptura de la presa de Val Di Stava.

●

Enfatizar en la importancia de la ética constructiva para la sociedad.

●

Denotar la carencia que hubo en la seguridad y mantenimiento de la presa de Val Di Stava.

●

Reconocer la importancia de hacer un correcto estudio de suelos sobre el cual se realizará la construcción.

4 Marco teórico 1. Contextualización

En general, los relaves se definen como el desecho mineral sólido de tamaño entre arena y limo provenientes del proceso de concentración. Estos son producidos, transportados y depositados en forma de lodo.

Estructuralmente, estos depósitos de relave son complejas obras de ingeniería que dependen de la forma hidráulica de deposición y deben cumplir normas de regulación en todas sus fases. Para su construcción necesita de requerimientos geográficos, sociales, ambientales, económicos y de seguridad. Una vez que entra en funcionamiento, está en constante monitoreo por diferentes autoridades de regulación.

En el caso de las presas de relave del tipo aguas arriba, se levanta con la construcción progresiva de diques perimétricos sobre la superficie de relaves. De esta manera cada dique avanza sucesivamente hacia el interior conforme la presa es levantada. Este método tiene la característica de que la integridad estructural depende de las propiedades y comportamiento de los relaves descargados hidráulicamente.

Estas presas no están exentas de fallar, y algunas de las causas de fallo más comunes se dan cuando los relaves son liberados a través de una brecha debido a la inestabilidad del talud o terremotos resultando en un deslizamiento o “falla de flujo”.

5 Ahora particularmente, el campo Prestavèl se desarrolla en las laderas oeste y sur de la montaña del mismo nombre entre los 1500 y 1900 msnm, en las áreas municipales de Tesero, provincia de Trento, Italia. La primera indicación escrita sobre la actividad minera se remonta a 1528 cuando la mina se usaba ocasionalmente para la producción de galena de plata.

Desde 1934 la extracción de fluorita se daba en grandes cantidades, alcanzando las 30 toneladas de materia prima procesada por día. En ese entonces dicha extracción se realizaba por medio de un sistema gravimétrico- el cual no requiere el uso de agua-. Su producción solo era del 75 al 80 por ciento de fluorita pura.

Además, en Italia los depósitos principales son los de Bresciano y Bergamasco, donde la fluorita forma la cuadrilla de minerales de azufre (blenda y galena). Los depósitos de fluorita unidos a las venas epitermales de la plataforma Atesina, como los de Prestavèl (Trento) y Vallarsa (Bolzano), también han sido muy explotados en el pasado. (Fondazione Stava 1985, 2020)

Figura 1: Valle de Stava 25/10/2015

6 2. Desarrollo de la presa a través del tiempo

Los primeros documentos escritos acerca de la presa en el monte Prestavel datan de 1528, mientras que la minería temprana explotaba galena la fluorita se convirtió en el centro de atención a partir de 1934. Este cambio en el mineral de explotación no fue lo que llevó al desastre de 1985.

En 1961, se construyó una planta de flotación aguas arriba de Stava a una altitud de 1420 metros sobre el nivel del mar para la extracción de fluorita con el fin de obtener mejores resultados (97-98 por ciento de fluorita pura), debido a que, en comparación con el sistema gravimétrico, un sistema de flotación requiere mucha agua. La decantación y el relleno sanitario requeridos de los residuos del proceso utilizarían cuencas de relaves formadas utilizando el material de desecho para construir las presas de retención.

El procesamiento inicial en la planta fue de más de 150 toneladas por día con el potencial de 200 toneladas por día. Se construyó la primera cuenca (es decir, el embalse inferior) para la eliminación y limpieza de residuos de la nueva planta de tratamiento. La presa se levantó en Pozzole, a unos 400 metros de los edificios de procesamiento de minerales.

Rossi (1973) describió el sitio donde se construyeron las cuencas de la siguiente manera:

7 “Las pruebas geotécnicas revelaron que no era muy resistente a la carga (según lo determinado por las pruebas de carga in situ, el esfuerzo de rotura fue de 0.2 kg cm − 2 en algunos puntos). Por esta razón, se necesitaba un cuidado especial para hacer la tubería de drenaje de agua clara. La tubería de drenaje terminó en un tanque limnológico para permitir el monitoreo de las condiciones físico-químicas y biológicas del efluente y su posible corrección. Estas precauciones se tomaron de acuerdo con los ingenieros del Cuerpo de Ingeniería Civil; sin embargo, existía preocupación por el retorno del agua limpia al arroyo Stava (atribuido al río Avisio) y con razón, ya que podría amenazar la vida silvestre acuática y dañar las instalaciones de energía de los muchos aserraderos en el valle.”

En 1969, por el aumento de producción en la minera fue necesario la construcción de una segunda presa por arriba del primero. A medida que el tiempo pasaba, la presa crecía y ensanchaba su terraplén. En aquellos días, no había una planificación urbana adecuada en el valle de Stava y el permiso fue fácilmente otorgado para la construcción de presas de relaves en la parte superior de un valle de considerable belleza escénica, muy atractivo a los turistas.

Dos actividades incompatibles estaban compartiendo el mismo territorio, por un lado, los tradicionales edificios de montaña y hoteles, por otro, una actividad industrial con fuerte impacto ambiental.

8 Tabla 1 Historia de la gestión minera Prestavel

9 3. Característica de la presa de Val Di Stava

Figura 2: A) Cuenca Superior B) Cuenca Inferior; (1) Ciclón, (2) Depósito de arena, (3) Depósito limoso, (4) Servicio de drenaje, (5) drenaje de emergencia, (6) Servicio de carretera, (7) Cono de arena, (8) Depósito limoso, (9) Drenaje de la cuenca inferior, (10) Casa del vigilante.

Vista como una sola sección, con una cara de presa directamente encima de la otra, la estructura se presentó como un terraplén de tierra suelta de más de 50 m de altura El embalse superior, ubicado inmediatamente detrás y aguas arriba del inferior, tenía una superficie de aproximadamente 9800m2 y una capacidad de almacenamiento de aproximadamente 150 000m3. Las investigaciones también mostraron que la cuenca superior descansaba sobre terreno natural solo a lo largo de sus lados, mientras que su terraplén frontal descansaba, en parte, en los sedimentos del embalse inferior. Las arenas finas que constituyen las presas y casi todo el limo en las cuencas, a una profundidad de 7 a 8 m, tenían una tasa de humedad de aproximadamente 20 a 35%. Los análisis revelaron que las características geotécnicas de los materiales (Chandler y Tosatti, 1995) tomadas de las presas de embalse eran notablemente

10 homogéneas: el rango del ángulo de resistencia al corte estaba entre 33 y 37; la cohesión era cero (los límites de Atterberg no eran determinables o daban índices de consistencia (IC) entre −0.4 y 0).

Justo antes del desastre, la instalación contaba con dos cuencas que contenían partículas húmedas de grano fino- limo- obtenidos de la limpieza de los materiales de la mina de Prestavel. Los embalses habían sido organizados de modo que la cuenca superior desemboque en la cuenca inferior. Se emplearon dos sistemas de eliminación de residuos de relaves: Ciclones en presa y ciclones centrales (USEPA, 2004).

En ciclones en presa, como se muestra en la figura 3, la lechada es ciclada de los materiales de relaves usando hidrociclones movidos en rieles, que separan los relaves de partículas de arena más grandes de limo fino. Los materiales gruesos son depositados para formar las crestas de las represas, mientras los relaves más finos son atrapados en el interior del embalse, ahí son clasificados de acuerdo al tamaño de la partícula, y forman una superficie inclinada de playa de relave al interior del perímetro de la represa.

Ciclización centrada o estacionaria, por lo general coloca un solo ciclón encima de un estribo de la presa. Una piscina de agua clarificada es acumulada encima de la playa de relaves de arena. La cresta de la represa está formada por arena movida mecánicamente de la localización del ciclón hasta la de la cresta de la represa usando dragalinas o excavadoras.

11

Figura 3: Los terraplenes de las minas de vertedero se realizan a través de un proceso de centrifugación en un hidrociclón en el que se cambian tiró del lodo; la arena se separa y se usa para realizar el terraplén mientras que la fracción más fina, constituida por barro limoso para asentarse, es descargado en el depósito a través de una tubería (de Watermeyer y Williamson, 1979, modificado).

4. Registros de Mantenimiento

En 1974, el Municipio de Tesero solicitó confirmaciones sobre la seguridad del vertedero. El distrito minero de la Provincia Autónoma de Trento encargó a la misma empresa concesionaria (Fluormine, perteneciente a los grupos Montedison y Egam) que realizará el control de estabilidad, el cual fue llevado a cabo en 1975. En su primer informe, el técnico a cargo de la verificación indica: "es extraño que aún no haya caído". Sin embargo, la respuesta de Fluormine al distrito minero y al municipio fue contradictoria a los resultados reales y condujo a un mayor crecimiento que se produjo con una pendiente más baja del banco.

12 “La planta esencialmente se derrumbó porque fue diseñada, construida, administrada para no ofrecer esos márgenes de seguridad que la sociedad civil espera de las obras que pueden poner en peligro la existencia de comunidades humanas enteras. El banco superior en particular estaba mal fundado, mal drenado, estáticamente en el límite. Solo podía colapsar ante la más mínima modificación de sus precarias condiciones de equilibrio”.

5. Registros de Lluvias

Durante la búsqueda de los factores causantes de la ruptura inicial de la primera presa, lograron relacionar esta catástrofe con eventos climáticos ocurridos en ese entonces. Examinaron los archivos meteorológicos de los 66 años previos al incidente, donde observaron que ese mismo año, fue uno de los más lluviosos en la historia del Valle de Stava con aproximadamente un 22% de lluvia más que lo normal.

6. Desastre producido por el flujo de lodo y efectos

Las represas colapsaron el 19 de julio de 1985 a las 12:22. La falla inicial ocurrió en la presa de relaves superiores, que luego indujo el colapso de la instalación inferior en un efecto dominó. En el momento de la falla, se almacenaron 300,000 m³ de material en las dos presas de relaves. De esto, 180,000 m³ se liberaron en un solo evento, que se movilizó en un flujo de lodo muy rápido.

Los relatos de testigos presenciales sugieren que la velocidad de movimiento fue lo suficientemente alta como para generar una explosión de aire que destrozó los árboles a lo largo

13 del camino del flujo. Hay buenos datos sísmicos para el deslizamiento de tierra, lo que sugiere que alcanzó una velocidad máxima de 27 metros por segundo (aproximadamente 100 km / h ). El flujo de lodo golpeó las casas ubicadas directamente debajo de las presas de relaves antes de barrer hacia el pueblo de Stava, ubicado a unos 800 m debajo de la presa inferior. Luego, el flujo viajó por el valle, y finalmente atravesó partes de la ciudad de Tesero, ubicada a unos 3 km aguas abajo. En la siguiente imagen se visualiza una secuencia de tiempo del evento numérico, hasta la deposición final, para la mejor simulación.

Figura 4: Simulación numérica del evento de Stava. La línea punteada indica el evento real. (1) - (6) indican la secuencia de tiempo del evento hasta la deposición final.

14 7. Análisis crítico del desastre

El desarrollo de las presas fueron para centrales hidroeléctricas, generar energía eléctrica y para la retención de subproductos industriales como los relaves mineros. Comúnmente las presas de relaves exceden de tamaño, por lo que son reconocidas como un grave peligro para la seguridad de comunidades aledañas.

El análisis Chandler y Tosatti (1995), sugiere que la estabilidad de las presas de relaves era inaceptablemente baja, principalmente porque el suelo subyacente estaba mal drenado, la construcción significaba que las presas carecían de un drenaje adecuado (permitiendo que se desarrollaran altas presiones de agua) y evitando la consolidación adecuada de los relaves, los estanques se estaban recargando con la escorrentía de las cuencas de drenaje adyacentes, y la presa superior era inaceptablemente empinada, con una parte de la estructura de retención situada en los relaves del estanque inferior.

Figura 5: Imágenes de antes y después de la trayectoria del flujo de lodo de la falla de la presa de relaves Stava de 1985. Imagen de Luino y De Graff (2012).

15 8. Mecanismos de fallas en las presas de residuos mineros

Las causas de la inestabilidad persistente de la presa de relave, que eventualmente llevaron a su falla, fueron los siguientes:

●

El terreno sobre el que tenían construido fue pantanoso y mal drenado y, como tal, inestable e inadecuado para soportar geotecnia pesada construcciones y no permitieron la consolidación de relaves.

●

La presa de la cuenca superior se había levantado con una pendiente excesiva (más del 80%), yacía en parte sobre el limo no consolidado de la cuenca baja y no permitía el drenaje de agua o la consolidación de relaves.

●

Las tuberías de desbordamiento y drenaje habían sido erróneamente reparadas dentro de las cuencas.

16 Conclusiones Considerando los eventos relacionados con la instalación aguas arriba de Stava y la evidencia histórica de la cuenca, se hace evidente que hubo varios factores preponderantes que causaron inestabilidad estructural. Según las declaraciones del ingeniero de diseño y obreros de la compañía que trabajaron en la construcción de la parte superior de la cuenca, se sabía que el área circundante era pantanosa debido a numerosas fuentes, se pensó que los sedimentos depositados en la cuenca se consolidarían con bastante rapidez después de la deposición. Esta evaluación optimista probablemente influyó en los métodos de construcción de la presa y la ubicación de los embalses en un área justo aguas arriba de Stava. Estudios sobre los materiales que se recopilaron mostraron que los depósitos liberaron agua mucho más despacio de lo que se suponía; por lo tanto, en el momento del desastre, el agua ya se había infiltrado en la presa y los sedimentos adyacentes hasta tal punto que se licuaron rápidamente. Sobre la base de los datos recopilados sobre las características geométricas de la presa de embalse superior antes de su colapso, la pendiente del muro externo fue de 38–39◦, se encontró que las estructuras estaban compuestas de arena fina predominantemente del mismo tamaño provenientes de molienda y trituración, con capas intermedias de limos y material arenoso tomado de la pendiente. La composición de la presa, por lo tanto, no era homogénea, como lo demuestra la resistencia al corte, pruebas y medidas de permeabilidad horizontal y vertical. Las tuberías de drenaje fallaron al menos dos veces durante 1985. Estos eventos deberían haber sido vistos como una señal de condiciones crecientes de inestabilidad del

17 sistema. A finales de enero, unos seis meses antes del desastre, los propietarios locales de tierras al pie de la cuenca baja informaron que observaron fugas de agua y arena desde la base de la cuenca superior aguas arriba desde el punto donde, siguiendo el colapso, la pared de la presa se había roto. El evento de enero fue un flujo de escombros denso que se extendió casi 200 m y se atribuyó al hielo dentro y alrededor de la tubería de decantación. El repentino estallido de agua al pie de la presa provocó un deslizamiento local sobre un metro de profundidad y varios metros de ancho en la pared externa. Una consideración adicional, es el pobre monitoreo de seguridad realizado por la gestión de la mina Prestavel en la ampliación y elevación de operaciones de los subcontratistas. Además de elevar la altura de la cresta de la presa de la cuenca superior, las obras incluyeron la tala de árboles en la pendiente inmediatamente aguas arriba de la cuenca. Esto fue autorizado y llevado a cabo en junio de 1985, con la mitad de los casi 300 m 3 de madera cortada transportada por camiones que viajan de ida y vuelta por la carretera a lo largo de la cresta de la cuenca superior. En resumen, aunque ninguna causa desencadenante puede ser identificada, surgieron varios factores, estrechamente vinculados y consistentes con los eventos preparatorios que llevaron a la ruptura de la presa. De la documentación está claro que no hubo un continuo monitoreo del estado de los materiales depositados en las dos cuencas o las condiciones de estabilidad de las presas.

18 Recomendaciones

El desarrollo de estándares de regularización de diversos organismos, es un continuo trabajo de aciertos y errores. Se debe de ser muy precavido como profesional de la construcción para poder hacer uso del criterio físico antes de iniciar la obra.

Se debe llamar la atención sobre la legislación que regula las normas técnicas para estructuras pertenecientes a minas, es decir, obras que no pueden definirse exactamente como presas, ya que no están diseñadas para el agua, sino para propósitos del embargo progresivo concurrente con la construcción de una cuenca artificial.

19 Referentes bibliográficos

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