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I
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
METODOLOGÍA PARA REALIZAR UNA EVALUACIÓN
HIDROGEOLÓGICA AMBIENTAL DE UN PROYECTO MINERO DE
SULFUROS DE COBRE. APLICACIÓN A UN ESTUDIO DE CASO.
MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL
GISELA LISELOT QUIROZ ARAVENA
PROFESOR GUÍA:
CARLOS ALBERTO ESPINOZA CONTRERAS
MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
FELIX ORLANDO PEREZ SOTO
MESENIA DEL CARMEN ATENAS VIVANCO
SANTIAGO DE CHILE
MAYO 2011
I
RESUMEN DE LA MEMORIA
PARA OPTAR AL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
POR: GISELA QUIROZ ARAVENA
FECHA: 27/05/2011
PROF. GUIA: Sr. CARLOS ESPINOZA
“METODOLOGIA PARA REALIZAR UNA EVALUACION HIDROGEOLOGICA
AMBIENTAL DE UN PROYECTO MINERO DE SULFUROS DE COBRE. APLICACIÓN A
UN ESTUDIO DE CASO”
El impacto de las actividades mineras en el agua subterránea es un tema de considerable
interés, en especial en nuestro país donde la minería es una de las actividades económicas
principales.
Los procesos mineros incluyen diversas actividades que pueden generar algún impacto en
las aguas subterráneas. En este Trabajo de Titulo se busco identificar aquellos aspectos
críticos que se deben considerar para llevar a cabo una evaluación hidrogeológica ambiental
de un proyecto minero de sulfuros de cobre, para posteriormente aplicar estos aspectos
críticos en una evaluación conceptual de un proyecto real.
Para llevar a cabo esto se realizó una revisión de distinto material bibliográfico, como
memorias, estudios y declaraciones de impacto ambiental, líneas bases de proyectos
mineros y otros documentos que abordan el tema. Se describieron los distintos procesos
mineros y se identificaron los posibles impactos que pueden producirse en las aguas
subterráneas. Luego, empleando toda esta información, se propusieron metodologías que
permiten evaluar estos impactos.
Los impactos evaluados en el Trabajo de Titulo son los generados por la posible
disminución de los niveles de aguas subterráneas (alteración en otros pozos, interacción rio-
acuífero, interacción humedal-acuífero e intrusión salina), los generados por la formación
de un lago de mina, los generados por la posible ocurrencia de drenaje ácido y los
generados por posibles infiltraciones de agua.
Una vez detalladas las metodologías para realizar la evaluación hidrogeológica ambiental
se aplicó a un proyecto minero de sulfuros de cobre real. Este proyecto pertenece a la
minera Xstrata Copper Chile S.A, se llama Antapaccay y se ubica en el sur del Perú.
II
Índice de Contenidos
1. INTRODUCCION ........................................................................................................................................... 1
1.1 Antecedentes .................................................................................................................................................. 1
1.2 Planteamiento del Problema ........................................................................................................................... 1
1.3 Objetivos ........................................................................................................................................................ 2
1.4 Metodología de Trabajo ................................................................................................................................. 2
1.5 Descripción de la Contribución Esperada y del Producto a Obtener del Trabajo .......................................... 3
1.6 Contenido del Informe ................................................................................................................................... 3
2. ANTECEDENTES GENERALES SOBRE LA EXTRACCION DE MINERALES SULFURADOS DE
COBRE Y SU IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................................................... 4
2.1 Generalidades ................................................................................................................................................. 4
2.2 Procesamiento de los Minerales Sulfurados de Cobre ................................................................................... 5
2.2.1 Extracción ............................................................................................................................................... 6
2.2.2 Concentración de Minerales ................................................................................................................... 7
2.2.3 Refinamiento........................................................................................................................................... 8
2.3 Implicancias Ambientales de la Minería de Sulfuros de Cobre ..................................................................... 8
2.4 Rajo ................................................................................................................................................................ 9
2.4.1 Generalidades ......................................................................................................................................... 9
2.4.2 Impactos Hidrogeológicos asociados al Rajo ....................................................................................... 13
2.5 Planta............................................................................................................................................................ 14
2.5.1 Generalidades ....................................................................................................................................... 14
2.5.2 Impactos Hidrogeológicos asociados a la Planta Concentradora .......................................................... 15
2.6 Uso del Agua ................................................................................................................................................ 15
2.6.1 Generalidades ....................................................................................................................................... 15
2.6.2 Impactos Hidrogeológicos Asociados al Uso del Agua ........................................................................ 19
2.7 Deposito de Relaves ..................................................................................................................................... 20
2.7.1 Generalidades ....................................................................................................................................... 20
2.7.2 Características Generales de la Depositación ....................................................................................... 22
2.7.3 Características Generales de los Muros ................................................................................................ 23
2.7.4 Riesgos Asociados a los Depósitos de Relaves .................................................................................... 27
2.7.5 Impactos Hidrogeológicos Asociados a los Depósitos de Relaves ....................................................... 27
2.8 Botaderos de Estériles .................................................................................................................................. 28
2.8.1 Generalidades ....................................................................................................................................... 28
2.8.2 Impactos Hidrogeológicos asociados a los Botaderos de Estériles ....................................................... 28
2.9 Referencias Bibliográficas ........................................................................................................................... 29
III
3. ANTECEDENTES GENERALES SOBRE UNA CARACTERIZACION HIDROGEOLOGICA ............. 31
3.1 Generalidades ............................................................................................................................................... 31
3.2 Partes de una Caracterización Hidrogeológica ............................................................................................. 32
3.2.1 Descripción del Área de Estudio........................................................................................................... 32
3.2.2 Geología de la zona .............................................................................................................................. 33
3.2.3 Geofísica de la zona .............................................................................................................................. 34
3.2.4 Hidrología ............................................................................................................................................. 35
3.2.5 Hidrogeología de la zona ...................................................................................................................... 39
3.2.6 Balance Hídrico .................................................................................................................................... 42
3.2.7 Hidroquímica e Isotopía........................................................................................................................ 42
3.2.8 Vulnerabilidad del Acuífero ................................................................................................................. 45
3.2.9 Modelación ........................................................................................................................................... 48
3.3 Referencias Bibliográficas ........................................................................................................................... 53
4. METODOLOGIAS PARA REALIZAR LA EVALUACION DE LOS IMPACTOS GENERADOS EN
LA COMPONENTE HIDROGEOLOGICA .......................................................................................................... 55
4.1 Evaluación de Impacto Ambiental ............................................................................................................... 55
4.2 Identificación de Impactos Ambientales Potenciales ................................................................................... 57
4.3 Descripción de los Impactos Ambientales Potenciales ................................................................................ 58
4.3.1 Disminución de Niveles de Agua Subterránea ..................................................................................... 58
4.3.1.1 Generalidades .................................................................................................................................... 58
4.3.2 Inundación del Rajo Post Minado ......................................................................................................... 70
4.3.3 Drenaje Ácido ....................................................................................................................................... 72
4.3.4 Infiltraciones desde el Botadero de Estériles ........................................................................................ 77
4.3.5 Infiltraciones desde el Depósito de Relaves ......................................................................................... 80
4.4 Calificación de los Impactos Ambientales ................................................................................................... 81
4.5 Metodologías de Trabajo.............................................................................................................................. 81
4.5.1 Impactos asociados a disminución de niveles de aguas subterráneas ................................................... 81
4.5.2 Metodología para determinar impactos de un Lago de Mina ............................................................. 105
4.5.3 Metodología para Determinar Formación de Drenaje Ácido .............................................................. 108
4.5.4 Metodología para determinar Infiltraciones ........................................................................................ 120
4.6 Referencias Bibliográficas ......................................................................................................................... 124
5. ESTUDIO DE CASO .................................................................................................................................. 126
5.1 Introducción .............................................................................................................................................. 126
5.2 Descripción del Proyecto .................................................................................................................... 126
5.2.1 Descripción General del Proyecto ...................................................................................................... 126
5.2.2 Explotación Minera ............................................................................................................................ 128
IV
5.3 Análisis Caracterización Hidrogeológica ............................................................................................ 129
5.3.1 Generalidades ..................................................................................................................................... 129
5.3.2 Línea Base Hidrogeológica ................................................................................................................. 130
5.3.3 Comentarios respecto a la línea base hidrogeológica ........................................................................ 132
5.4 Análisis Impactos Descritos ....................................................................................................................... 133
5.4.1 Disminución de Niveles de Agua Subterránea ................................................................................... 134
5.4.3 Drenaje Acido ..................................................................................................................................... 137
5.4.4 Infiltraciones ....................................................................................................................................... 139
5.5 Comentarios Finales ................................................................................................................................... 139
6. CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 140
ANEXO A……………………………………………………………………………………………………….I
ANEXO B…………………………………………………………………………………………………… IV
ANEXO C……………………………………………………………………………………………………VIII
V
Índice de Tablas
Tabla 2.1 Comparación de Tipos de Muros de Contención ................................................................................... 25
Tabla 2.2 Fallas más comunes de Depósitos de Relaves ........................................................................................ 27
Tabla 3.1 Clasificación de Antecedentes de Humedad para el Método de Curva Número ................................... 37
Tabla 3.2 Curva Número. Números de curva de escorrentía para usos selectos de tierra agrícola suburbana y
urbana (condiciones antecedentes de humedad II, Ia=0,2S) ................................................................................... 38
Tabla 3.3 Evaluación de los Suelos sobre la Base de la Capacidad de Campo Efectiva ........................................ 46
Tabla 3.4 Clases de Efectividad Generalizada de Protección y Vulnerabilidad Asociada ..................................... 48
Tabla 3.5 Información necesaria en la etapa A y su metodología de obtención ..................................................... 51
Tabla 4.1 Principales Aspectos Ambientales en la Componente Hidrogeológica .................................................. 57
Tabla 4.2 Impactos Ambientales Potenciales ......................................................................................................... 57
Tabla 4.3 Parámetros Necesarios para Analizar Impacto ....................................................................................... 86
Tabla 4.4 Parámetros Necesarios para Analizar Impacto ....................................................................................... 91
Tabla 4.5 Indicadores de Iones Mayores .............................................................................................................. 100
Tabla 4.6 Indicadores de Iones Menores ............................................................................................................. 101
Tabla 4.7 Comparación de Modelos Numéricos Clasificados según el tipo de Interfase ..................................... 103
Tabla 4.8 Factores Hidrológicos ........................................................................................................................... 110
Tabla 4.9 Relación entre Factores Climáticos y Sales Solubles ........................................................................... 110
Tabla 4.10 Factores Geológicos ........................................................................................................................... 111
Tabla 4.11 Resistencia de Sulfuros a Meteorización ............................................................................................ 112
Tabla 4.12 Resistencia de Neutralizantes ............................................................................................................. 112
Tabla 4.13 Factores Mineros ................................................................................................................................ 113
Tabla 4.14 Criterio pH Pasta ................................................................................................................................ 115
Tabla 4.15 Criterios Test ABA ............................................................................................................................. 115
Tabla 4.16 Potencial de Generación de Drenaje Ácido ........................................................................................ 116
Tabla 5.1 Caracterización Hidrogeológica Proyecto Antapaccay ........................................................................ 130
VI
Índice de Figuras
Figura 2.1 Celda de Flotación .................................................................................................................................. 7
Figura 2.2 Diagrama Obtención Cobre ..................................................................................................................... 8
Figura 2.3 Esquema Rajo Abierto Minero-Tipo 1 .................................................................................................. 11
Figura 2.4 Esquema Rajo Abierto Minero-Tipo 2 .................................................................................................. 12
Figura 2.5 Requerimientos de Agua en cada Proceso de una Planta ...................................................................... 16
Figura 2.6 Agua en los Procesos de Flotación y Procesos Piro metalúrgicos ........................................................ 18
Figura 2.7 Consumo de Agua por Región .............................................................................................................. 19
Figura 2.8 Clasificación de las Disposiciones de Relaves ...................................................................................... 23
Figura 2.9 Crecimiento del Muro según Método Aguas Arriba ............................................................................. 24
Figura 2.10 Crecimiento del Muro según Método Aguas Abajo ............................................................................ 24
Figura 2.11 Crecimiento del Muro según Método de Línea Central ...................................................................... 24
Figura 3.1 Diagrama de Piper ................................................................................................................................. 44
Figura 3.2 Estimación de Puntaje para depósitos no consolidados en Método de Cálculo de Vulnerabilidad a
partir de proporciones granulométricas. Triángulo de clasificación para el caso en que los materiales finos
superen el 50% del total. ........................................................................................................................................ 47
Figura 3.3 Estimación de Puntaje para depósitos no consolidados en Método de Cálculo de Vulnerabilidad a
partir de proporciones granulométricas. Triángulo de clasificación para el caso en que los materiales gruesos
superen el 50% del total. ........................................................................................................................................ 47
Figura 3.4 Diagrama Modelo Conceptual .............................................................................................................. 49
Figura 3.5 Etapas Proceso de Modelación .............................................................................................................. 50
Figura 4.1 Esquema Metodológico de Evaluación de Impacto Ambiental ............................................................. 56
Figura 4.2 Fase 1 Explotación ................................................................................................................................ 59
Figura 4.3 Fase 2 Sobreexplotación ....................................................................................................................... 60
Figura 4.4 Diagrama para determinar si habrá descensos significativos ................................................................ 61
Figura 4.5 Esquema conceptual en un sistema rio acuífero de a) corrientes ganadoras y b) corrientes
perdedoras. ............................................................................................................................................................. 65
Figura 4.6 a) Bombeo cerca del cauce intercepta parte del agua subterránea que descarga en el rio y b) Tasas
mayores de bombeo cerca del rio inducen recarga del acuífero ............................................................................. 66
Figura 4.7 Surgencia Natural e Interacción Rio-Acuífero ...................................................................................... 66
Figura 4.8 Perdida de la Surgencia Natural y de la Interacción Rio-Acuífero ....................................................... 67
Figura 4.9 Zona de Dispersión Instrusión Salina .................................................................................................... 69
Figura 4.10 Etapas de Formación de los Lagos de Mina ........................................................................................ 71
Figura 4.11 Resumen Metodología para determinar Impactos en otros Pozos ....................................................... 85
Figura 4.12 Esquema Conceptual de Jenkins y de Hunt ......................................................................................... 88
Figura 4.13 Resumen metodología para determinar interferencia pozo-rio ........................................................... 90
Figura 4.14 Resumen metodología para determinar interferencia acuífero-humedal ............................................. 95
Figura 4.15 Resumen Metodología Intrusión Salina ............................................................................................ 104
Figura 4.16 Resumen Metodología Lago de Mina ............................................................................................... 108
Figura 4.17 Resumen Metodología Drenaje Acido .............................................................................................. 120
Figura 4.18 Resumen Metodología Infiltraciones ................................................................................................ 123
Figura 5.1 Ubicación Proyecto Antapaccay ......................................................................................................... 128
1
1. INTRODUCCION
1.1 ANTECEDENTES
La minería es una de las principales actividades económicas de nuestro país, representando un
importante porcentaje del producto interno bruto del país. Chile posee a lo largo de su territorio un
número considerable de yacimientos mineros, de donde se extraen una amplia variedad de
minerales, de los cuales el principal es el cobre.
Una de las características principales de la actividad minera es el alto grado de intervención del
medio donde se desarrolla, teniendo como consecuencia un nivel de modificación del entorno, por
lo general de carácter irreversible. Además, la actividad minera genera una variedad de residuos en
volúmenes considerables, los cuales pueden causar serios impactos en el medio ambiente, ya sea en
el corto o en el largo plazo. Estos impactos pueden afectar a la atmosfera, al suelo, al agua, a la flora
o a la fauna del área donde se encuentra emplazado el proyecto. De especial interés resultan los
potenciales impactos que pueden afectar a la componente hidrogeológica de la zona.
Los procesos mineros incluyen diversas actividades que pueden generar algún impacto en las aguas
subterráneas, ya sea a través de la contaminación de las aguas, o de la reducción en la cantidad de
éstas debido a, por ejemplo, bombeos que se deben realizar para operar las minas.
La evaluación del impacto hidrogeológico de una actividad minera es un proceso complejo que
incluye diversas actividades y recopilación de antecedentes. Esto hace ver la necesidad de contar
con una metodología que muestre algunos criterios generales sobre cómo abordar este análisis. El
desarrollo de una metodología que permita abordar esta evaluación es precisamente la principal
motivación para realizar este trabajo.
La información que entrega una evaluación hidrogeológica es fundamental a la hora de tomar
decisiones sobre el futuro de un proyecto minero, no solo de sulfuros de cobre sino ante la
explotación de cualquier mineral. Por esto es fundamental que la evaluación hidrogeológica se
desarrolle de forma adecuada y que sus resultados sean representativos de la realidad. Si esto no
ocurre se pueden tener consecuencias importantes en el futuro.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El problema a abordar en el presente trabajo de título consiste en cómo evaluar los impactos
ambientales generados en la componente hidrogeológica de una zona, producto de un proyecto
minero de sulfuros de cobre. Este problema resulta interesante de afrontar considerando que
actualmente todos los proyectos mineros deben someterse a una Evaluación de Impacto Ambiental
(que conlleva estudios multidisciplinarios entre los que se encuentra la hidrogeología) y además
existen múltiples consultoras que desarrollan estos trabajos, pero sin embargo no es mucha la gente
que posee el conocimiento acerca de cómo abordar este problema.
2
El objetivo central de este trabajo es explicar cómo se debe abordar esta evaluación, definir
parámetros importantes para realizar la evaluación y proponer metodologías para realizar la
evaluación.
1.3 OBJETIVOS
El objetivo principal de este trabajo de título es desarrollar una metodología para realizar la
Evaluación Hidrogeológica Ambiental de un Proyecto Minero de Sulfuros de Cobre. Para cumplir
este objetivo general se plantean los siguientes objetivos específicos:
Describir las distintas actividades de un proyecto minero de sulfuros de cobre e identificar
los impactos ambientales que estas pueden generar en la zona.
Presentar una metodología para desarrollar la caracterización hidrogeológica de una zona.
Presentar metodologías para abordar cada uno de los impactos ambientales identificados.
Llevar a cabo la revisión del estudio del caso, empleando la metodología desarrollada.
1.4 METODOLOGÍA DE TRABAJO
Para desarrollar este trabajo se realizaron las siguientes actividades:
Recolectar y presentar información sobre las actividades que se realizan en un proyecto de
sulfuros de cobre, y las distintas formas de realizarlas.
Una vez estudiadas y analizadas todas las actividades mineras correspondientes, se
identificaran aquellas que pueden causar algún tipo de impacto ambiental en las aguas
subterráneas del área.
En base a toda la información recopilada se propondrá una metodología que permita
englobar todos los aspectos anteriores para analizar el impacto hidrogeológico de las
distintas actividades mineras.
Utilizar la metodología propuesta para revisar la evaluación del impacto hidrogeológico
ambiental realizado para la mina Antapaccay de la minera Xstrata Copper S.A.
3
1.5 DESCRIPCIÓN DE LA CONTRIBUCIÓN ESPERADA Y DEL PRODUCTO A
OBTENER DEL TRABAJO
Este trabajo de titulo pretende ser un aporte para la comprensión de una Evaluación de Impactos
Ambientales en minería. Para cada proyecto minero es necesario realizar esta Evaluación, y el
Estudio de Impacto Ambiental (EIA) generado puede ser revisado por distintos profesionales y
personas involucradas en el tema. Si la persona no está familiarizada o no tiene los conocimientos
sobre hidrogeología no podrá concluir si el Estudio de Impacto Ambiental está correctamente
realizado, o si incluye todos los parámetros importantes para determinar si un impacto es
significativo o no, por lo que no podrá aceptarlo con seguridad o concluir que efectivamente el
proyecto no afectará al área.
Luego, la idea del presente trabajo es entregar una guía que muestre cuáles son los aspectos
importantes al analizar un potencial impacto. Esta guía es preliminar, entregando parámetros
sencillos que permiten sacar conclusiones sin necesidad de contar con muchos detalles ni cálculos.
La guía no pretende obtener datos detallados sobre el impacto, sino más bien poder determinar si
este ocurrirá o no considerando un conjunto de características del proyecto y de la zona donde se
emplazará.
1.6 CONTENIDO DEL INFORME
El Capitulo 2 entrega las principales actividades mineras desarrolladas en un proyecto de sulfuros
de cobre. Además se describen las actividades que pueden generar algún impacto en la
hidrogeología de la zona.
En el Capítulo 3 se realiza una descripción de cómo llevar a cabo una caracterización
hidrogeológica en una zona dada, ya sea una línea base o un estudio hidrogeológico más completo.
Presenta los distintos temas que debe incluir y muestra algunos métodos para obtenerlos.
El Capitulo 4 describe los impactos potenciales identificados en el Capítulo 2, y propone las
metodologías para abordarlos.
En el Capítulo 5 se realiza la revisión del EIA del estudio de la mina Antapaccay en Perú.,
indicando si incluye los análisis propuestos en las metodologías del Capítulo 4.
En el Capítulo 6 se entregan las conclusiones generales del trabajo realizado.
4
2. ANTECEDENTES GENERALES SOBRE LA EXTRACCION DE
MINERALES SULFURADOS DE COBRE Y SU IMPACTO
AMBIENTAL
2.1 GENERALIDADES
El cobre es un mineral del tipo metálico que posee innumerables usos que lo ubican como el tercer
metal más utilizado en el mundo. Chile es el principal productor de cobre del mundo, con más de un
tercio de la producción total de cobre a nivel mundial. Por este motivo es que este mineral
constituye una gran fuente de recursos para el erario nacional, siendo el sector minero un sector
productivo estratégico de gran apoyo para la economía chilena y con importantes perspectivas de
crecimiento a futuro.
El mineral de cobre se presenta normalmente en dos estados: Óxidos de Cobre y Sulfuros de Cobre.
Los primeros son aquellos que, como consecuencia de procesos naturales, contienen oxígeno como
elemento integrante del compuesto de cobre presente en la mena1. Los minerales sulfurados son
aquellos que contienen azufre como elemento integrante de los compuestos de cobre. Son más
abundantes que los óxidos y su extracción es más compleja. Es común que en los yacimientos se
encuentre el mineral de cobre en ambos estados. Estos yacimientos se denominan mixtos. En estos
yacimientos el recurso oxidado se encuentra a nivel más superficial que el sulfurado, por causa de la
lenta acción del oxígeno atmosférico.
La proporción entre la cantidad de cobre y la cantidad de roca mineralizada se denomina Ley. El
resto del material existente en la roca se conoce como estéril. La ley fluctúa, en las minas medianas
y grandes, entre un 0,5% y un 2,5% de promedio por tonelada, aún cuando existen operaciones en
las que se opera con leyes aún más bajas2. De estas cifras se desprende que del total de roca
removida diariamente para extraer el mineral, un altísimo porcentaje se transformará en estériles y
relaves.
La extracción de los minerales desde un yacimiento se puede llevar a cabo por dos métodos:
extracción subterránea y extracción a rajo abierto.
Un yacimiento se explota en forma subterránea cuando presenta una cubierta de material estéril de
espesor tal, que su extracción desde la superficie resulta antieconómica3. Para ello se construyen
labores subterráneas en la roca desde la superficie para acceder a las zonas mineralizadas. Las
labores subterráneas pueden ser horizontales (túneles o galerías), verticales (piques) o inclinadas
(rampas) y se ubican en los diferentes niveles que permiten fragmentar, cargar y transportar el
mineral desde el interior de la mina hasta la planta, generalmente situada en la superficie.
1 Es el mineral cuya explotación presenta interés. En general, es un término que se refiere a minerales
metálicos y que designa al mineral del que se extrae el elemento químico de interés. En este caso de los
minerales metálicos, se requiere un tratamiento de la mena, que en general comprende dos etapas: el
tratamiento mineralúrgico y el metalúrgico 2 Un ejemplo de ello es la faena Lomas Bayas, localizada en la Región de Antofagasta, la cual procesa óxidos
de cobre con leyes de hasta un 0,18%. 3 INNOVA MINERIA. Industria de la Minería, Cadena General de Valor de la Industria, Extracción.
< http://www.innovamineria.cl/contenidos.phtml?seccion=28&contenido=172>
5
Un yacimiento se explota mediante un rajo abierto cuando presenta una forma regular y están
ubicados en la superficie o cerca de esta4, de manera que el material estéril que lo cubre pueda ser
retirado a un costo tal que pueda ser absorbido por la explotación de la porción mineralizada.
Las operaciones fundamentales del proceso de beneficio de minerales son la separación mecánica
de los constituyentes de las menas (liberación) y la recuperación mediante métodos físicos
(flotación) de los componentes liberados, los que se obtienen como concentrados. En este último
proceso suelen generarse una gran cantidad de colas que deben ser almacenadas en tranques
especiales y se les llama relaves. La liberación consiste en la trituración de las rocas mineralizadas
mediante explosivos. Luego se somete a conminución para reducir su tamaño (chancado) y
finalmente se obtiene un material pulverizado mediante el proceso de molienda.
Los procesos más utilizados en Chile para extraer el mineral de cobre son la flotación y la
lixiviación. El uso de uno u otro sistema depende de la procedencia del mineral. Si se trata de
sulfuros generalmente se usa flotación, y si se trata de oxidados se usa la lixiviación. Últimamente
se han desarrollado iniciativas, a escala piloto, de procesamiento de minerales sulfurados o mixtos
por medio de lixiviación, la cual es inducida por acción microbiana.
Este capítulo pretende describir los procesos mineros comúnmente utilizados en la minería del
cobre, específicamente en el beneficio o procesamiento de minerales sulfurados de cobre, con el
objetivo de predecir sus posibles impactos ambientales en la componente hidrogeológica. En primer
lugar se realizará una descripción general de la minería de sulfuros de cobre y sus diferentes
modalidades de procesamiento. En segundo lugar se describirán las principales incidencias
asociadas al procesamiento de minerales sulfurados de cobre, para finalmente analizar de forma
detallada los aspectos ambientales que generan sobre la componente hidrogeológica los principales
componentes de un proyecto minero convencional.
En este Trabajo de Titulo el enfoque será en minerales de cobre sulfurados, con extracción a rajo
abierto (“open pit”). Por este motivo el resto de este Trabajo se referirá a minerales con estas
características.
2.2 PROCESAMIENTO DE LOS MINERALES SULFURADOS DE COBRE
Casi el 90% del cobre que se produce en el mundo proviene de minerales sulfurados5. Debido a su
naturaleza hidrófoba, estos minerales no se pueden tratar con facilidad mediante métodos
hidrometalúrgicos (no se lixivian con facilidad) de manera que la mayor parte de la extracción es
mediante técnicas pirometalúrgicas.
Toda faena de explotación minera tiene un ciclo de vida más o menos similar, que se compone de
las siguientes fases: Estudios (Conceptual, Prefactibilidad, Factibilidad, Ingeniería de Detalles),
Construcción, Operación y Cierre.
4 INNOVA MINERIA. Industria de la Minería, Cadena General de Valor de la Industria, Extracción.
< http://www.innovamineria.cl/contenidos.phtml?seccion=28&contenido=172> . 5 CISTERNAS Luis. Tecnología de los Procesos Químicos. Capítulo 5, página 64.
6
Para iniciar un proyecto minero se debe tener conocimiento de la extensión y del valor del
yacimiento de mineral existente. Esta información se obtiene durante la etapa de Estudios, la cual
comprende prospecciones geológicas, estimación de reservas y recursos, diseño del plan minero,
pruebas metalúrgicas, desarrollo de la ingeniería de las instalaciones de procesamiento y apoyo y
estudios ambientales.
Muchos países exigen una Evaluación de Impacto Ambiental específica para la fase de exploración
porque los impactos de esta fase pueden ser profundos, y porque las posteriores del proyecto minero
podrían no continuar si la exploración no logra encontrar suficientes cantidades de depósitos de
mineral metálico de alto grado.
Si la fase de estudios demuestra que existe un yacimiento de mineral de dimensiones y grado
suficientes que es factible de ser explotado (desde un punto de vista técnico, económico, ambiental
y social), entonces se pasa a la siguiente etapa que es la construcción de la mina para su posterior
operación. Esta es la etapa en que el mineral es extraído y procesado desde el yacimiento y que es
descrita con más detalle en las secciones siguientes.
Al término de las actividades mineras, las instalaciones y el lugar de operaciones deben ser
rehabilitados y cerrados. El objetivo de esta Etapa de Cierre varía de país en país, dependiendo de
las exigencias normativas vigentes en cada región. Por ejemplo, en el caso de Chile, los planes de
cierre de faenas mineras tienen por objetivo reducir, al mínimo, la exposición a riesgos a la salud y
seguridad de las personas que puedan acceder a una faena minera abandonada. En Australia, el
objetivo del cierre es restituir los hábitats imperantes en el área de una faena minera a una condición
lo más similar posible a aquella existente antes del inicio de la operación minera. Debido a las
implicancias ambientales asociadas al cierre de una faena minera, es que esta etapa del ciclo de vida
se debe incluir en la Evaluación de Impacto Ambiental de todo nuevo proyecto minero.
El presente Trabajo de Titulo se enfocará en la fase de operación de la mina, salvo por un impacto
asociado al cierre que se analizará.
En términos generales las principales etapas involucradas en el proceso de obtención del cobre
(Fase de Operación) son las siguientes: extracción, concentración de minerales y refinamiento.
2.2.1 Extracción
Como ya se mencionó, los métodos de extracción minera más comunes son las minas subterráneas,
y las minas a tajo abierto. El presente Trabajo de Titulo sólo se enfocará en las segundas.
La minería a tajo abierto es un tipo de minería en la cual el mineral metálico se extiende en
profundidad en el suelo, lo cual demanda la remoción de capas de excedente y mineral.
Usualmente, la construcción de un tajo abierto puede exceder la profundidad del acuífero, lo cual
hace necesario extraer el agua subterránea interceptada para mantener condiciones de estabilidad
geotécnica en las paredes del tajo abierto que permitan que la labor minera se realice en condiciones
seguras. Éste bombeo de agua subterránea provoca un descenso del nivel freático en torno del tajo
abierto, formando el denominado “cono de depresión”.
En la extracción del material se obtienen trozos de diversos tamaños, algunos de los cuales pueden
llegar a medir más de un metro de diámetro. El primer paso en el procesamiento del mineral
7
consiste en fragmentar el mineral en tamaños adecuados a cada sistema de tratamiento ulterior. Esto
se logra mediante el chancado en dos o tres etapas sucesivas, con lo que se logra llegar a un tamaño
de partícula en el rango de 0,8 a 1,6 cm de diámetro medio.
Como para los minerales sulfurados se requiere una mayor disgregación previa, debido a que se
concentran mediante flotación, se debe seguir reduciendo el tamaño de las partículas que componen
el mineral. Esto se realiza mediante la molienda, con la cual se obtiene una granulometría máxima
de 180 micrones (0,18 mm) la que permitirá liberar la mayor parte de los minerales de cobre en
forma de partículas individuales.
2.2.2 Concentración de Minerales
La siguiente etapa corresponde a la concentración, la cual se realiza mediante flotación, que es un
proceso físico-químico que permite separar los minerales finamente molidos de la ganga asociada.
Los minerales cupríferos sulfurados pueden ser flotados debido a que son hidrófobos, por lo que
pueden separarse de la ganga que es hidrófila. Al ser hidrófobo, las partículas de cobre tienen a
“escapar del agua” para lo cual se adhieren a la superficie de las burbujas de aire que son
introducidas en el fondo de las celdas de flotación (ver Figura 2.1). El concentrado mineral queda
como espuma en la superficie y la ganga hidrofílica se acumula en el fondo. Las partículas que no
flotan se extraen constantemente desde el fondo dando lugar a la pulpa agotada o relave. El
concentrado obtenido tiene un contenido de cobre que ha aumentado desde valores menores a 1%
(en la roca original) hasta un valor de entre 30 y 35% de cobre total. Este concentrado es secado
usando filtros antes de ser llevado al proceso de fundición.
Figura 2.1 Celda de Flotación Fuente: Imagen facilitada por Xstrata Copper
8
2.2.3 Refinamiento
El concentrado de cobre es sometido a procesos de refinamiento en hornos a altas temperaturas
(1.200 °C) para lograr la fusión. Al pasar al estado líquido, los elementos que componen los
minerales se separan según su peso, quedando los más livianos en la parte superior del fundido,
mientras que el cobre, que es más pesado, se concentra en la parte baja. De esta forma es posible
separar ambas partes vaciándolas por vías distintas. Después de esto se realizan procesos de
conversión para obtener cobre de alta pureza (cobre blíster, pureza de 96%).También se pueden
realizar procesos de pirorrefinación o refinación a fuego, que consisten en eliminar el porcentaje de
oxigeno presente en el cobre, llegando a concentraciones de 99,7% de cobre.
El Figura 2.2 muestra los pasos principales para la obtención de cobre.
Figura 2.2 Diagrama Obtención Cobre Fuente: Manual de Minería Estudios Mineros del Perú S.A.C. Lima, Perú
2.3 IMPLICANCIAS AMBIENTALES DE LA MINERÍA DE SULFUROS DE
COBRE
Como ya se mencionó, la minería es una de las principales actividades económicas de Chile. Los
recursos económicos obtenidos de la actividad minera, tanto de las empresas estatales (Codelco,
Enami) como de la tributación de las distintas empresas privadas, son una parte importante del
presupuesto nacional. Además, la minería genera un importante número de empleos directos e
indirectos en las regiones donde se ubican las faenas mineras, lo que conlleva a un impacto en el
desarrollo local y regional. No obstante estos beneficios para el país, las faenas e industria minera
han provocado y pueden seguir provocando impactos en el medioambiente, especialmente en los
cuerpos de agua.
9
Dentro de los múltiples problemas ambientales generados directamente por la industria minera,
tenemos que en nuestro país los más importantes son: la emisión de gases y partículas desde
establecimientos mineros (PM10), metalúrgicos (SO2 desde fundiciones); la afectación de la calidad
de aguas por descarga de efluentes líquidos conteniendo sólidos en suspensión y metales disueltos;
y la alteración de suelos que se puede producir en caso de disposición descontrolada de residuos
peligrosos y no peligrosos.
Para que el desarrollo minero sea ambientalmente sustentable es necesario prevenir situaciones de
contaminación o de uso inadecuado de recursos naturales. Aquí surge el concepto de Evaluación
Ambiental como una herramienta que permita incorporar en la génesis de cada proyecto minero,
medidas que permitan minimizar la afectación ambiental que ocasionará dicho proyecto,
permitiendo de este modo reducir su huella o “footprint” ambiental, asegurando su ejecución y
funcionamiento en un marco de buenas relaciones con las comunidades vecinas y las Autoridades
pertinentes. Por otro lado, si estas medidas son incorporadas tempranamente al proyecto pueden
significar un ahorro económico y asegurar la continuidad del proyecto en el largo plazo.
Se llama Evaluación de Impacto Ambiental al procedimiento que sirve para identificar, prevenir e
interpretar los impactos ambientales que producirá un proyecto en su entorno en caso de ser
ejecutado. La Metodología para la Evaluación de Impacto Ambiental realizada en este trabajo de
titulo será para un proyecto minero de sulfuros de cobre, y se enfocará en la componente
hidrogeológica.
Desde el punto de vista del impacto hidrogeológico, tenemos cuatro unidades en un proyecto
minero de sulfuros de cobre que pueden causar impactos importantes en esta componente. Estas
unidades son: rajo, depósito de relaves, botaderos de estériles, planta concentradora (agua).
En las siguientes secciones de este capítulo se describirán estas unidades, considerando sus aspectos
generales, y posteriormente se analizarán los impactos que pueden causar en la hidrogeología de la
zona donde se emplaza el proyecto.
2.4 RAJO
2.4.1 Generalidades
La minería a cielo abierto es una explotación en superficie, que extrae el mineral en franjas
horizontales llamados bancos, en forma descendente a partir del banco que está en la superficie.
Algunas veces se explota en forma ascendente, aunque esto no es muy común.
Un banco es el modulo o escalón comprendido entre dos niveles que constituyen la rebanada que se
explota de estéril o mineral, y que es objeto de excavación desde un punto del espacio hasta una
posición final preestablecida. El yacimiento trabajado a cielo abierto se divide en bancos
horizontales, explotados con avance de los bancos superiores sobre inferiores.
El rajo abierto se va construyendo a medida que la operación va avanzando (es decir, en la medida
que se van desarrollando los bancos), tanto lateralmente como en profundidad. A medida que se va
trabajando, se genera una especie de anfiteatro (por su forma escalonada) cuya forma puede ir
cambiando en la medida en que se avanza la operación.
10
Si bien el concepto de una mina a rajo abierto es bastante básico, su creación y desarrollo involucra
un planeamiento muy complejo y costoso. Además, es frecuente que muchas operaciones mineras
empiezan como rajo abierto y, cuando llegan a un punto en que el costo de extraer el mineral no
cubre el costo de extracción de las rocas aledañas, se empieza a utilizar métodos de minería
socavón.
Antes de iniciar la perforación es importante tomar en cuenta un elemento fundamental en su
planificación: el ángulo del talud (Rajo), el cual corresponde al punto de equilibrio entre estabilidad
geotécnica y costo de extracción y movimiento de materiales. La definición del ángulo de talud de
un rajo es uno de los principales parámetros operacionales que determina la rentabilidad de un
yacimiento. Una vez determinado el talud se empieza con el retiro de las rocas para llegar al
mineral.
La extracción empieza con la perforación y voladura de la roca, procesos que parten los bloques de
roca en pedazos más pequeños que se cargan en camiones con grandes palas eléctricas o
hidráulicas, o con excavadoras, para ser retirados y clasificados en camiones de gran tonelaje. A
medida que el rajo va creciendo se forman los bancos, que son como escaleras, alrededor de las
cuales se va explotando el mineral. Los bancos están conectados a través de rampas entre sí y hacia
la superficie.
El rajo abierto supone la extracción de todo el material de la zona donde se encuentra el mineral, el
cual es un gran volumen de rocas. Por esto es necesario usar maquinaria y equipos de gran
capacidad, lo que además es posible debido a que el espacio no está restringido como en el caso de
minas subterráneas.
El material clasificado con contenido metálico se transporta a las plantas concentradoras para
someterse a procesos de conmunición, flotación y espesamiento que permitan incrementar,
progresivamente, el contenido de cobre. El material clasificado como estéril o lastre (es decir, aquel
que posee un contenido de cobre tan bajo que hace inviable su recuperación) es depositado
botaderos especialmente diseñados para ello. La ubicación de los botaderos de estériles es
usualmente próxima al rajo de modo de minimizar las distancias de transporte y los costos
asociados. .
Cuando el material estéril posee potencial de generación de drenaje ácido, y buscando evitar la
opción de tratamiento permanente, se puede evaluar la opción de trasladar los estériles de vuelta al
pit abierto (actividad conocida como pit back filling). Esta opción es factible cuando el costo de
manejo de estos estériles es menor que el costo de cierre de los botaderos ubicados en superficie,
considerando tanto el recubrimiento como el eventual tratamiento de filtraciones y escorrentías.
La siguiente secuencia de imágenes muestra la evolución que va teniendo el rajo y el botadero de
estériles. Se muestran dos casos, el primero es aquel en que a medida que se va desarrollando el tajo
con el fin de aproximarse a la mena, se va depositando todo el estéril en los botaderos (Figuras
2.3). El segundo caso es el pit back filling, en el cual se trasladan estériles de vuelta al pit abierto
(Figuras 2.4).
11
Figura 2.3 Esquema Rajo Abierto Minero-Tipo 1
Fuente: Adaptado de Enviromental Geochemistry of Minesite Drainage. MORIN Kevin, HUTT Nora.
12
Figura 2.4 Esquema Rajo Abierto Minero-Tipo 2 Fuente: Adaptado de Enviromental Geochemistry of Minesite Drainage. MORIN Kevin, HUTT Nora.
13
Cuando la mina llega al final de su vida útil el rajo abierto debe ser objeto de acciones de cierre. En
los casos en los cuales el tajo es más profundo que el nivel freático del sitio, durante el cierre se
generará un lago o pit lake.
2.4.2 Impactos Hidrogeológicos asociados al Rajo
Luego de leer múltiple y variada documentación sobre las actividades e impactos en el rajo
producto de la actividad minera, se concluyó que las siguientes actividades son las que usualmente
generan los impactos más recurrentes e importantes.
Desaguado de la mina: Con el objeto de asegurar la estabilidad geotécnica de los taludes del
rajo abierto, es fundamental mantenerlos secos. Por tal razón, en aquellos casos en donde la
profundidad de rajo abierto exceda la profundidad del acuífero (nivel freático), se debe
bombear agua subterránea de tal modo que se produzca un abatimiento local del nivel
freático hasta un nivel por debajo del fondo del pit. Este bombeo es esencial para permitir
una operación minera segura. El impacto directo causado por este desaguado de la mina es
la reducción del nivel de la napa freática y sus consecuencias pueden incluir:
- Disminución de los flujos de agua en los ríos, quebradas, humedales y lagos
cercanos debido a la menor disponibilidad de agua subterránea.
- Descenso del nivel de la napa freática cerca de las fuentes de agua para consumo
humana e incluso disminución o agotamiento de pozos para extraer agua.
- Subsidencia (hundimiento) del terreno.
- Alteración de la calidad del agua superficial o subterránea, en el caso que el agua
bombeada desde el pit sea de mala calidad y deba ser descargada al ambiente
natural sin tratamiento previo.
Drenaje ácido en las paredes del rajo: cuando los materiales sulfurosos son abundantes, en
especial cuando hay mucha pirita, se puede formar ácido sulfúrico si estos materiales se
exponen al oxigeno y al agua. El ácido sulfúrico percolará y en su transporte lixiviará los
metales presentes en la pared y fondo del pit, aumentando con ello la concentración de
metales pesados y otros elementos presentes en las aguas subterráneas y superficiales. Se
podría formar una solución ácida con alto contenido de sulfatos y metales, incluyendo altas
concentraciones de cadmio, plomo, zinc, cobre, arsénico, entre otros. Si este drenaje ácido
no es adecuadamente controlado, podría alcanzar ríos o quebradas, afectando la calidad de
sus aguas.
Inundación del rajo post minado: en minas ya cerradas donde se bombeaba agua, pueden
generarse nuevos impactos si el agua subterránea recupera sus niveles naturales de drenaje,
en un fenómeno llamado rebote6, que conlleva un deterioro de la calidad del agua de la
mina. Por otro lado, la inundación de minas a tajo abierto para la formación de lagos tajos
también puede causar deterioro de la calidad del agua.
6 ERMISA. Environmental Regulation of Mine Waters in South América. Página 15.
14
2.5 PLANTA
2.5.1 Generalidades
La planta concentradora o de beneficio es el lugar donde se llevan a cabo los procesos
mineralúrgicos.
Los principales procesos de las plantas de tratamiento son: Preparación Mecánica de los Minerales
(Chancado y Molienda), Flotación, Espesamiento y Filtrado de Concentrado, Espesamiento y
Disposición de Relaves.
El objetivo de la preparación mecánica de los minerales (Chancado y Molienda) es adecuar el
mineral a un tamaño de partícula tal que permita maximizar la recuperación de cobre en la etapa de
flotación del estéril. El proceso consta de diversas etapas cuyos objetivos son, en general, obtener
un material con unas dimensiones determinadas. Estas etapas son:
Chancado: es una etapa amplia en que se obtienen elementos con diferentes tamaños a
partir del elemento suministrado en la fase anterior. Se tiene un chancado primario en que
se reduce a un tamaño inferior a 10 mm, luego un chancado secundario, en que se reduce a
un tamaño inferior a 25 mm y finalmente, un chancado terciario, en el cual el material es
reducido a fragmentos inferiores a 10 mm.
Molienda: genera un producto definitivo que es enviado a la etapa posterior en que se
separan los componentes valiosos de los no valiosos. Las partículas deben alcanzar valores
pequeños, que algunas veces alcanzan las 20-30 micras.
La flotación comprende el tratamiento químico de una pulpa de mineral que crea condiciones de
adherencia de las partículas minerales a las burbujas de aire. Estas burbujas emergen con los
minerales seleccionados a la superficie de la pulpa y forman una espuma estabilizada, que es
recogida mientras los otros minerales permanecen sumergidos en la pulpa.
Los mecanismos de separación que operan en la flotación están fuertemente condicionados por el
tamaño de las partículas. Este debe ser suficientemente pequeño como para que las fuerzas de
superficie que sostienen a la partícula adherida a la burbuja no sean superadas por la fuerza de
gravedad. Si esto ocurriese el material se separaría de la burbuja y no tendría lugar el proceso de
separación. El límite superior de tamaño de partícula que permite llevar a cabo la flotación oscila
alrededor de las 500 micras (0,5 mm).
En la flotación se emplean una gran variedad de reactivos, en su mayoría inorgánicos, los que se
usan con fines muy diversos, pero cuya función común es la de modificar algunas de las
condiciones en que se realiza el proceso de flotación. Así se tiene, por ejemplo, reactivos que
ayudan a regular el pH (se agregan con el fin de hacer la pulpa alcalina o acida, según convenga al
tratamiento), floculadores o aglutinantes (que tienen por objeto promover la formación de coágulos
o grumos dentro de la masa de la pulpa), dispersantes o defloculadores (se usan para provocar el
efecto contrario a los floculadores), estabilizadores o conservadores (se usan para proteger o
impedir que algunos de los reactivos usados para la flotación se descompongan)
15
2.5.2 Impactos Hidrogeológicos asociados a la Planta Concentradora
Tal como en los impactos asociados al rajo, la metodología empleada para determinar los impactos
de una planta fue la de leer múltiple y variada documentación sobre las actividades e impactos que
causa la planta Concentradora. La planta Concentradora no genera impactos significativos en la
componente hidrogeológica, salvo lo relacionado con el suministro de agua fresca requerida por el
proceso (el cual puede provenir de fuentes subterráneas). Consideramos los siguientes comentarios
a posibles impactos.
Las actividades en la planta generan Residuos Industriales Líquidos. Estos residuos pueden
generan impactos significativos.
Probablemente el mayor efecto que se puede asociar a la planta es la extracción de agua
para su uso en los distintos procesos que se llevan a cabo en ella. Una planta requiere de
altas cantidades de agua para su funcionamiento, la cual debe abastecerse de las fuentes
disponibles para el proyecto, que puede ser agua superficial o agua subterránea, y en
algunos casos agua de mar. Este punto se explicará más en detalle en la descripción del uso
del agua.
2.6 USO DEL AGUA
2.6.1 Generalidades
Una de las variables más significativas de todo proyecto minero, tanto en términos de las
operaciones actuales como para la materialización de proyectos futuros, es la disponibilidad del
recurso hídrico. Todo proceso de beneficio de minerales, ya sea flotación, lixiviación u otro,
requiere agua para su ejecución. Por lo tanto la disponibilidad y gestión adecuada del agua es clave
para la sustentabilidad de la actividad minera.
El consumo de agua incluye todas aquellas actividades en las que el uso de agua produce pérdidas
en relación a la cantidad inicial suministrada. A continuación se identifican y describen los
principales consumos y pérdidas asociados a cada proceso.
- Consumo de agua en campamentos: el agua de consumo humano es para bebida, cocción,
lavado, riego y baños. Se trata de volúmenes poco significativos respecto al total
consumido en una faena minera.
- Consumo en la mina: el uso principal de agua en la minería a rajo abierto es en el riego de
caminos con el objeto de reducir el polvo en suspensión. Muchos factores influyen en el
abatimiento del polvo: superficies expuestas, morfología del terreno, precipitaciones
anuales, vegetación natural, etc. Cifras disponibles indican que el agua utilizada en riego de
caminos puede variar entre cero y el 15% del consumo total de agua de una faena minera7.
- Consumo en plantas concentradoras: en la cadena productiva del cobre, el agua utilizada en
el procesamiento de minerales representa al mayor consumo de agua con respecto a los
volúmenes totales.
7 LAGOS Gustavo. “Eficiencia del Uso del Agua en la Minería del Cobre”. Centro de Minería Pontificia
Universidad Católica de Chile,1997.
16
En las plantas concentradoras el tratamiento de minerales sulfurados involucra el chancado y
molienda del mineral, seguido por la flotación, clasificación y espesamiento. Los consumos más
significativos de agua se presentan en la etapa de Molienda. Se debe reponer el agua que se pierde
por evaporación y que se va contenida en los concentrados de cobre (los cuales suelen tener un 8%
de humedad).
Como se observa en la Figura 2.5, la flotación se realiza normalmente a una tasa que varía entre un
25% y un 40% de sólidos, para obtener una recuperación más alta del mineral. Con estos valores,
los requerimientos de agua durante la flotación pueden variar entre 3 y 1,5 m3/ton de mineral.
Figura 2.5 Requerimientos de Agua en cada Proceso de una Planta Fuente: Uso eficiente de aguas en la industria minera y buenas prácticas. 2002
En el grafico tenemos que la zona A corresponde a rangos de operación típicos para el proceso de
flotación. Una vez terminado este proceso se lleva la pulpa de concentrados a espesamiento (zona
B), que significa aumentar el porcentaje de sólidos a entre 40% y 60%, con la consiguiente
recuperación de agua, y finalmente, la pulpa de concentrados se lleva a filtración (zona C), donde
nuevamente se recupera agua, quedando los concentrados con porcentajes de humedad del orden del
10%.
El agua del proceso de flotación se usa también para transportar los materiales de desecho hacia el
depósito de relaves. Cuando es necesario, el concentrado se transporta hacia instalaciones más
distantes de la faena a través de un concentraducto, mediante el empleo de agua.
Dependiendo de la distancia entre la planta concentradora y las instalaciones de filtrado y
almacenaje, las aguas residuales pueden o no ser recirculadas al proceso. Cuando no es posible
recircular, el excedente de agua debe ser descargado a través de un mecanismo que permita cumplir
con la normativa aplicable. Una opción usada en diversas faenas mineras ubicadas en el norte de
Chile es evapotranspirar este exceso de agua a través plantaciones forestales.
17
La mayor parte del agua que se utiliza en la flotación pasa a formar parte de los relaves, que se
envían a la etapa de espesamiento para recuperar una parte del agua que contienen. Los relaves son
luego descargados en depósitos, que tienen la función de contener el efluente, permitir la
sedimentación de las partículas finas en el depósito y retener los sólidos más gruesos en el muro. De
este modo se recupera el máximo volumen posible de las aguas claras, las que, cuando es factible
desde el punto de vista económico, se retornan al proceso de flotación, reduciendo de este modo el
consumo de agua fresca.
Los depósitos más modernos consideran sistemas de impermeabilización del muro de partida; y en
el fondo o base del muro de contención se consideran drenes (dedos o camas drenantes) para
interceptar posibles filtraciones a la napa. Sin embargo, los depósitos más antiguos no
contemplaban en su diseño sistemas de impermeabilización ni pozos de monitoreo de aguas
subterráneas. Las pérdidas asociadas a los relaves son el líquido no recuperado que se evapora,
descarga, retiene o infiltra.
El consumo real de agua fresca en las plantas concentradoras del país es del orden de 0,79 m3/ton de
mineral8. Maximizando la recirculación desde los espesadores y depósitos, evitando fugas y
minimizando evaporaciones es posible alcanzar valores en torno a 0,36 m3/ton de mineral
9.
En resumen, las pérdidas de agua durante el procesamiento de minerales son variadas, debido a la
complejidad de las plantas concentradoras, y las más importantes son 10
:
- Evaporación, especialmente en el depósito de relave, espesadores y acopio de mineral y/o
concentrado. La humedad del concentrado o de los minerales es variable. En general, la
comercialización de los concentrados se hace con humedades que fluctúan entre 8 y 12%.
La evaporación que se puede producir a partir de un concentrado con ese nivel de humedad
en el desierto es severa, mientras que en lugares cercanos al mar la humedad tiende a
mantenerse. También la tasa de evaporación que puede observarse en un depósito de
relaves varía sustancialmente, dependiendo de la localización de éste.
- Infiltraciones producidas hacia las napas subterráneas, las que pueden ser absorbidas en los
suelos o evaporadas. Sin embargo, una parte del agua puede ser recuperada de las napas.
- En casos en que el tranque y/o los espesadores están ubicados a menor altura sobre el nivel
del mar que la respectiva planta concentradora resulta demasiado caro bombear agua de
vuelta al proceso. Ejemplo de esto son el tranque Carén, perteneciente a la División El
Teniente de CODELCO, ubicado al este del lago Rapel, y el Tranque Ovejería,
perteneciente a la División Andina de CODELCO y ubicado en el valle central, en la
Provincia de Chacabuco. En cambio en casos en que el tranque de relaves o espesador están
ubicados a aproximadamente la misma altura sobre el nivel del mar que la planta de
flotación, el agua que se recupera puede ser reutilizada en el proceso. Ejemplos de ello son
los tranques en Chuquicamata, Escondida, Candelaria y Pelambres.
8 Cifra estimada por el Consejo Minero y la DGA con datos del año 2006.
9 Cifra promedio de Minera Candelaria del año 2006.
10 LAGOS Gustavo. “Eficiencia del Uso del Agua en la Minería del Cobre”. Centro de Minería Pontificia
Universidad Católica de Chile,1997.
18
Con respecto al Transporte de Mineral, tenemos que existen dos formas de transportar el
concentrado desde las plantas a las fundiciones o a un puerto: mediante camiones o trenes, o
mediante un mineroducto. En Chile hay grandes plantas concentradoras que envían el concentrado
a un puerto mediante un mineroducto, como por ejemplo las mineras Escondida, Collahuasi y
Pelambres. En estos casos, el concentrado es transportado muchos kilómetros, desde alturas por
sobre los 2000 m.s.n.m. hasta un puerto. Para que el concentrado fluya a lo largo del mineroducto es
necesario agregar agua. En promedio, el agua utilizada en estos casos representa entre un 4% y un
6% del total del agua consumida en las plantas concentradoras.
La Figura 2.6 muestra un diagrama del procesamiento de minerales sulfurados por flotación y
procesos pirometalúrgicos donde se indican los consumos de agua fresca, la recirculación, las
descargas y/o la generación de efluentes.
Figura 2.6 Agua en los Procesos de Flotación y Procesos Piro metalúrgicos Fuente: uso eficiente de aguas en la industria minera y buenas prácticas. 2002
Como ya se ha mencionado, la cantidad de agua requerida para los procesos mineros depende de
múltiples factores. Por este motivo la extracción total de agua por región en nuestro país es bastante
variable, dependiendo tanto de las condiciones geográficas y climáticas existentes en cada región,
como de la cantidad de yacimientos ubicados en ellas. La Figura 2.7 muestra la extracción total
informada por región.
19
Figura 2.7 Consumo de Agua por Región Fuente: Informe “Derecho, Extracciones y Tasas Unitarias de Consumo de Agua en el Sector Minero, Regiones Centro-Norte de Chile”.
Marzo de 2008. DGA-Proust Consultores
2.6.2 Impactos Hidrogeológicos Asociados al Uso del Agua
Como ya hemos analizado, para llevar a cabo los distintos procesos mineros se requiere de grandes
volúmenes de agua. El obtener esta agua puede generar impactos bastante significativos en la
componente hidrogeológica de la zona.
Para conseguir el agua necesaria se debe manipular los cuerpos de agua, lo que cual
produce un cambio en la disponibilidad del agua. Existen dos formas de manipulación de
cuerpos de agua. La primera es la manipulación de cuerpos de aguas superficiales y
subterráneas para usarlas como insumo en el proceso productivo. En regiones donde las
fuentes de agua son escasas, o durante las estaciones secas, puede haber necesidad, incluso,
de importarla de fuentes fuera del área de la mina. El desvío de algunos cursos de agua
superficiales tiene también impacto en la disminución de otros cuerpos de agua aledaños.
Así mismo, debido a la extracción del agua de lagos o ríos, el hábitat de organismos
acuáticos se puede ver negativamente afectado. La segunda forma es el bombeo del agua
encontrada en las operaciones mineras, que debe ser retirada para facilitar el desarrollo de la
operación. El bombeo tiene las siguientes consecuencias: decrecimiento del nivel freático,
reducción de la tasa de recarga de acuíferos y reducción de la tasa de descarga del agua
subterránea.
20
2.7 DEPOSITO DE RELAVES
2.7.1 Generalidades
Toda planta cuyo proceso de concentración es Flotación, produce residuos que se denominan
relaves, y que corresponden principalmente a material arenoso constituido fundamentalmente por
sólidos que no presentan mayor interés económico tales como: arenas de sílice, micas, feldespatos,
óxidos y sulfuros, una variedad de sustancias de origen rocoso y otros, que contiene un porcentaje
importante de agua y roca molida sedimentada, que se presenta en forma de pulpa líquida o semi
líquida, o en estado sólido una vez extraído el exceso de agua. Esta pulpa fluctúa, en la práctica, con
una razón de agua/sólidos que van del orden de 1:1 a 2:1. Las características y el comportamiento
de esta pulpa dependerá de la razón agua/sólidos y también de las características de las partículas
solidas. Los relaves suelen ser identificados como el más importante de los impactos ambientales en
muchos proyectos mineros.
Las plantas de concentración de minerales producen un volumen de relaves que es por lo general
superior a dos terceras partes del volumen de mineral extraído de la mina. Por este motivo se debe
contar con un área suficientemente grande para su almacenamiento.
La administración y el manejo de los depósitos de relaves, tanto en su etapa de construcción,
operación, mantención y cierre, merece una especial atención desde el punto de visto ambiental.
Esto debido a que si existe algún evento no previsto se podrían generar riesgos de daño al entorno,
como son al agua, al aire, al suelo, a la flora y fauna, al valor paisajístico, a la imagen corporativa y
lo más importante a poblaciones del entorno.
En otros tiempos, muchas faenas mineras depositaron sus relaves sin control alguno en sitios
desérticos y deshabitados, en cursos de agua como ríos, mar, lagos o cerca de las plantas de
concentración, provocando la contaminación tanto de los cursos de aguas superficiales como de
aguas subterráneas. Sin embargo, hoy en día, los criterios de ubicación de los depósitos de relaves
han evolucionado ya que se encuentran regulados por el Decreto Supremo N° 248, en el que se
establece el tipo de construcción aceptada.
Otro punto importante a considerar es el transporte del relave desde la planta concentradora hasta
los depósitos. Para este transporte existen obras de ingeniería llamadas canales de relaves, los que
corren riesgos durante la operación, debido a que usualmente recorren largas distancias y sus
instalaciones se pueden encontrar en zonas con alta probabilidad de impacto ambiental y social.
Comúnmente los relaves alcanzan concentraciones de sólidos en peso al 50%. Sin embargo es cada
vez más común realizar procesos para recuperar agua, en especial en zonas donde hay escasez.
Dependiendo de la concentración en peso de sólidos del relave lograda mediantes la recuperación
de agua, se tienen distintas denominaciones tales como relaves espesados, en pasta o filtrados.
21
El relave espesado corresponde al relave sometido a un proceso de sedimentación mediante
espesadores en donde se le quita gran parte del agua que contiene, quedando aproximadamente con
un concentración en peso de sólidos de 70%11
.
El relave en pasta corresponde al relave integral, al cual se le quita una gran cantidad de agua,
diferenciándose del relave espesado por la concentración en peso de sólidos final, que corresponde
aproximadamente a un 75%9.
El relave filtrado corresponde al relave integral, al cual se le quita una gran cantidad de agua por
proceso de filtración, mediante equipos especiales de filtro, diferenciándose del relave espesado y
en pasta por la concentración en peso de sólidos final que es mayor al 80%9.
El relave es transportado desde la planta concentradora hasta el depósito a través de una estructura
llamada canal de relaves. Esta estructura posee gran relevancia al momento de evaluar los posibles
impactos ambientales que puede generan los relaves en la componente hidrogeológica de una zona.
Los relaves son transportados a través de este canal en forma de pulpa (mezcla de agua y sólidos) en
concentraciones que suelen ir entre 45% y 59% de sólidos en peso. Para su construcción y
operación se debe considerar que estos canales pueden atravesar distintos lugares y que tal vez
deban recorrer grandes distancias en zonas cordilleranas. Todos estos factores, hacen que el
emplazamiento se encuentre vulnerable a condiciones topográficas y climáticas lo cual exige que
estas sean eficientes y seguras mientras operen.
La conducción segura de los relaves desde la planta hasta su lugar de disposición final depende de
variables que dependen tanto del proceso desarrollado en la planta concentradora como las
instalaciones físicas asociadas al transporte y manejo que se dé al flujo.
Los procesos de una planta concentradora involucran alteraciones químicas del mineral. En la
concentración mediante flotación se agregan una variedad de químicos orgánicos los cuales en
general tienen bajas concentraciones y baja toxicidad por lo que no suelen generar mayores
problemas. Lo que si puede tener efectos significativos sobre los constituyentes inorgánicos del
efluente de la planta es el ajuste del pH que se realiza durante la flotación, y su efecto es acentuado
si se utiliza una lechada alcalina o acida. Los constituyentes químicos mineralógicos presentes en la
roca mineralizada son los factores más importantes en la determinación de la naturaleza química del
efluente de la planta, y el ajuste del pH durante el tratamiento puede liberar un número de esos
constituyentes de la roca madre. Como resultado, el pH es con frecuencia un indicador útil de los
tipos generales de constituyentes en el efluente de la planta.
Con base en lo anterior se pueden definir las siguientes categorías de efluentes.
Neutral: esta condición es producida por operaciones de simple lavado o separación por
gravedad, donde el pH no es sustancialmente alterado. Los constituyentes químicos en el
efluente serán primariamente limitados a aquellos en la roca madre que son solubles en un
pH neutral. Los niveles de sulfatos, cloros, sodio y calcio pueden ser algo elevados para
efluentes de esta clase.
11
Decreto Supremo N°248, Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción,
Operación y Cierre de los Depósitos de Relaves, Ministerio de Minería. Publicado en el diario Oficial el 11 de
Abril del 2007
22
Alcalina: incrementando el pH del efluente puede traer como resultado elevadas
concentraciones de constituyentes tales como sulfatos, cloruros, sodio y calcio.
Acida: disminuyendo el pH se elevan los niveles de muchos contaminantes metálicos. Los
efluentes ácidos pueden mostrar altos niveles de constituyentes catiónicos como hierro,
manganeso, cadmio, selenio, cobre, plomo, zinc y mercurio, si está presente en la roca
madre. Los efluentes ácidos también exhiben concentraciones elevadas de aniones como
sulfatos y cloruros. Los efluentes de pH bajo son los que más problemas ocasionan en los
desechos líquidos de la planta.
2.7.2 Características Generales de la Depositación
El objetivo de los depósitos de relaves es contener el relave, almacenar y recuperar el agua para
reutilizarla. Todo esto se realiza siempre teniendo en cuenta la protección a largo plazo del medio
ambiente.
La forma de disposición de los residuos es generalmente por decantación, de modo que la fracción
solida se ubique en una estructura estable y se tenga a la vez una suspensión parcial de sólidos en
líquidos y una fracción liquida, capaces de mantenerse en condiciones seguras respecto a eventuales
rebalses y otras perturbaciones. La fracción liquida, llamada “aguas claras”, que en algunos casos es
recuperada para el proceso minero de acuerdo a las necesidades de la planta, o se evaporan o
eliminan restituyéndolas a un cauce natural y finalmente al mar.
Para poder cumplir con el propósito de un depósito de relaves, existen varias formas de disposición,
las cuales dependen de las características propias del lugar y del relave. La Figura 2.8 muestra una
clasificación de las disposiciones de relaves.
23
Figura 2.8 Clasificación de las Disposiciones de Relaves Fuente: “Curso de expertos en prevención de riesgos en la minería tranques de relaves”. Universidad de Atacama, Codelco-Chile.
Diciembre, 1995.
Los depósitos usados en Chile son los depósitos en la superficie de la tierra, aunque también se han
dispuesto relaves en ríos y el mar, como en el caso de El Salvador.
2.7.3 Características Generales de los Muros
Los muros son estructuras que ayudan a la contención del relave en la cubeta. Para la construcción
de este tipo de estructuras se usa empréstito o arenas de relaves. Existen distintos métodos de
construcción cuando se usan arenas de relaves, estos métodos son: aguas arriba, aguas abajo y línea
central. Las siguientes Figuras ilustran los métodos de construcción de los muros.
24
Figura 2.9 Crecimiento del Muro según Método Aguas Arriba
Fuente: MARQUEZ Cordero, Denis Fabián. Estudio de Diseños y Operaciones en los Depósitos de Relaves.
Figura 2.10 Crecimiento del Muro según Método Aguas Abajo
Fuente: MARQUEZ Cordero, Denis Fabián. Estudio de Diseños y Operaciones en los Depósitos de Relaves.
Figura 2.11 Crecimiento del Muro según Método de Línea Central
Fuente: MARQUEZ Cordero, Denis Fabián. Estudio de Diseños y Operaciones en los Depósitos de Relaves.
En la Tabla 2.1 se comparan los diferentes tipos de muros de arenas (aguas arriba, aguas abajo y
línea central) y los muros de empréstito, en relación con varios puntos que se consideran de gran
importancia para su construcción.
25
Tabla 2.1 Comparación de Tipos de Muros de Contención
Requisitos para la Molienda
del Relave
Requisitos para la
Descarga
Conveniencia de
Almacenaje de
Agua
Resistencia
Sísmica
Restricciones
Tasa de
Levantamiento
Materiales
usados en la
Construcción
de los Muros
Costo
Relativo de
los Muros
Uso de Núcleos de
Baja Permeabilidad
Muro de
Empréstito
Apto para cualquier tipo de
relave
Cualquier procedimiento
de descarga adecuado Bueno Bueno
Muro
construido de una vez
Uso de suelos
naturales Alto Posible
Aguas
Arriba
Al menos 60% de arenas de
relave. Densidad de la pulpa baja para proporcionar un
tamaño de partículas de
segregación
Descarga periférica y
buen control de la playa
No es adecuado para
almacenar agua
Pobre en áreas de
altura
Menos de 4,5 – 9 mts/año esta
bien. Mayor a
15 mts/año puede ser
arriesgado
Suelos
naturales, arenas de relave
o residuos de
mina
Bajo No es posible
Aguas Abajo Apto para cualquier tipo de
relave Varía según el diseño Bueno Bueno Ninguna
Arenas de
relave, residuos de la mina,
suelos naturales
Alto Posible
Línea
Central
Arenas y lodos de baja
permeabilidad Descarga periférica
No recomendado para almacenaje
permanente. En caso
de inundaciones temporales puede
ser usado
Aceptable Alturas
restringidas
Arenas de
relave, residuos
de la mina, suelos naturales
Moderado Posible
Fuente: Technical Report “Design and Evaluation of Tailings dams”. U.S Enviromental Protection Agency (EPA). Agosto, 1994.
26
La integridad de un depósito de relaves es fundamental para impedir riesgos a la población, a
instalaciones vecinas, agrícolas o industriales, por contaminación ambiental, debido a partículas
solidas, infiltraciones de aguas ácidas, por destrucción ante un evento sísmico, erosión provocada
por lluvias intensas o la acción de una avenida. Por lo anterior, la integridad de los depósitos de
relaves es fundamental para alcanzar la estabilidad física como químico.
Para asegurar que un depósito está en condiciones óptimas y evitar el correr riesgos naturales y
antrópicos se deben cumplir tres características: estabilidad estática, estabilidad hidrológica y
estabilidad sísmica.
a) Estabilidad Estática
Se refiere a la integridad interna y externa del depósito bajo condiciones estáticas. Incluye la
estabilidad de los taludes y cimientos contra deslizamientos, el control seguro de infiltraciones y la
resistencia a la erosión interna (socavamiento).
Los factores más importantes que influyen en la estabilidad estática son: materiales para la
construcción de tranques de relave, compactación, materiales para los cimientos del tranque,
monitoreo de la construcción, inspección y supervisión.
b) Estabilidad Hidrológica
El control de las crecidas es un tema muy importante tanto durante la operación como en el cierre.
Con el propósito de controlar las crecidas, la Comisión Internacional de Grandes Presas “ICOLD”,
recomienda que las mayores fallas en los depósitos de relaves sean designados como “La Crecida
Máxima Probable”.
En la práctica la Crecida Máxima Probable es estimada sobre la base de la combinación más severa
de las condiciones meteorológicas y orográficas del lugar en estudio.
Dentro de la estabilidad hidrológica también existen otras características que deben cumplirse,
como: sistemas de decantación durante la operación y Evacuación de las aguas de la hoya temporal
y permanente.
c) Estabilidad Sísmica
Las normas internacionales sobre seguridad en depósitos de relaves recomiendan considerar en el
diseño del depósito el Máximo Terremoto Creíble. En el caso de nuestro país este tema es de alta
importancia, debido a la frecuencia e intensidad con que se manifiestan los movimientos telúricos.
El movimiento producido por los terremotos en la superficie de los depósitos de relaves, afecta en
mayor o menor grado a las estructuras que se apoyan en ella, cuyas consecuencias dependen de sus
características físicas y dinámicas de los materiales que la constituyen y de su geometría. De esta
forma, la respuesta a los sismos de un depósito, el terreno y el relave será diferente.
27
2.7.4 Riesgos Asociados a los Depósitos de Relaves
Existen bastantes fallas comunes para todos los depósitos de relaves. Estas pueden presentarse con
mayor probabilidad de ocurrencia en determinados tipos de depósitos dependiendo principalmente
de las características propias de las instalaciones y del lugar. Estas características definen la
estructura y las obras anexas que debe poseer cada depósito y también establece el nivel de riesgos
naturales asociados a la ubicación de estas instalaciones y el nivel de agresividad química de los
desechos almacenados. La Tabla 2.2 muestra una recopilación de las fallas más comunes en un
depósito.
Tabla 2.2 Fallas más comunes de Depósitos de Relaves
Colapso del liquido subterráneo
Insuficiencia de filtros de drenaje
Lluvias intensas
Nieves en punto de fusión
Remoción de laderas
Fallo de la estructura interna del muro
Licuefacción de la fundición
Erosión interna del muro, por falla en
cañerías
Por infiltraciones
Licuefacción durante sismo
Por saturación
Fisuras en muro por aumento de presión
de poros
Socavaciones en la cubeta
Licuefacción después de lluvias
intensas
Licuefacción durante un sismo y lluvias
intensas
Derrame por obstrucción en el estaque
causada por una subida en el nivel
Fuente: Prudencio Alvares Lorena. “Metodología para la estimación de riesgos ambientales y sociales asociados a tranques de relaves y su área de influencia”. Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería Geográfica. 2002
2.7.5 Impactos Hidrogeológicos Asociados a los Depósitos de Relaves
Luego de consultar diversos documentos sobre los relaves, se concluye que los principales impactos
relacionados con la componente hidrogeológica, producto de la actividad minera, son los siguientes:
Drenaje Acido: el material depositado contiene minerales sulfurados, los que al entrar en
contacto con oxigeno y agua liberan protones (se oxidan), lo que podría derivar en la
formación de drenaje acido, el cual puede llegar a infiltrar hacia el acuífero
contaminándolo. El drenaje acido se caracteriza por tener altas concentraciones de metales
y sulfatos, los cuales se pueden transportar alterando la calidad de las aguas subterráneas.
Además, como parte de las reacciones de generación de drenaje acido se libera hierro
férrico (Fe+3
), el cual es un agente altamente oxidante. Si este hierro férrico se dispersa se
contaminarán las aguas y además el hierro férrico comenzará a reaccionar con los minerales
sulfurados que se encuentran en los estratos rocosos que alcanza a cubrir la pluma de
dispersión, oxidándolos y produciendo liberación de protones. Luego, la generación de
drenaje acido es catalizada y se van produciendo nuevos focos de generación. El drenaje
ácido también puede llegar a afectar la integridad del muro (en caso que éste esté, por
ejemplo, conformado por material calcáreo) lo cual incide fuertemente en la estabilidad del
depósito.
Los depósitos de relaves pueden alterar la calidad del agua subterránea debido a
infiltraciones de aguas de contacto desde la superficie del depósito de relaves. Además
puede alterar el nivel freático en el área, ya sea aumentándolo o deprimiéndolo,
28
dependiendo del balance que haya entre agua infiltrada desde los relaves y el agua que es
captada por las instalaciones de manejo de los relaves. La cantidad de agua que se infiltra
depende de, entre otras cosas, del tipo de relave utilizado: convencional, espesado, filtrado.
A menor cantidad de agua que tenga el relave menor será la infiltración. También influye la
permeabilidad de la superficie donde se ubican los relaves, y el si existe alguna membrana
impermeabilizable en ella. Con respecto al agua que es captada tenemos que esta es captada
en canales perimetrales, drenes, etc.
2.8 BOTADEROS DE ESTÉRILES
2.8.1 Generalidades
Como ya hemos mencionado a lo largo de este capítulo, los estériles corresponden al material de
recubrimiento de bajo grado que rodea un depósito de mineral y que debe ser removido para
acceder a la mena.
Los estériles son generados durante la extracción del material, y usualmente corresponden a una
variedad de partículas rocosas cuyo rango de tamaño varía desde arcillas hasta bloques grandes. Las
propiedades físicas y mineralógicas de las partículas rocosas dependen principalmente de la
naturaleza de la formación geológica original y de los métodos utilizados en la extracción. Los
estériles se disponen en botaderos, los que suelen ubicarse cerca del rajo.
La estructura interna de un depósito de estériles se ve influenciada por diversos factores (AZAM,
2006): geología original, operación minera, prácticas de construcción y condiciones climáticas.
Además la configuración interna del depósito evoluciona en el tiempo debido a la meteorización
física y química sobre los materiales depositados.
Los desechos de roca estéril suelen presentar un rango de tamaños de grano muy variable, entre 1
μm y 1 m, dependiendo de los diferentes procesos y métodos de depósito.
Respecto a la forma en que se va construyendo un depósito de estéril, como ya se analizó en la
sección 2.4 del presente Capítulo, el depósito puede estar tanto fuera del rajo como dentro de este
(ver sección 2.4 Rajo).
2.8.2 Impactos Hidrogeológicos asociados a los Botaderos de Estériles
Los impactos más significativos asociados a los botaderos de estériles, son básicamente los mismos
que describimos para los depósitos de relaves, esto es el drenaje ácido y las infiltraciones.
Drenaje Ácido: el material depositado contiene minerales sulfurados, los que al entrar en
contacto con oxigeno y agua liberan protones (se oxidan), lo que podría derivar en la
formación de drenaje ácido, el cual puede llegar a infiltrar hacia el acuífero
contaminándolo. El drenaje ácido se caracteriza por tener altas concentraciones de metales
y sulfatos, los cuales se pueden transportar alterando la calidad de las aguas subterráneas.
Además, como parte de las reacciones de generación de drenaje ácido se libera hierro
férrico (Fe+3
), el cual es un agente altamente oxidante. Si este hierro férrico se dispersa se
contaminarán las aguas y además el hierro férrico comenzará a reaccionar con los minerales
29
sulfurados que se encuentran en los estratos rocosos que alcanza a cubrir la pluma de
dispersión, oxidándolos y produciendo liberación de protones. Luego, la generación de
drenaje ácido es catalizada y se van produciendo nuevos focos de generación.
Se puede alterar la calidad del agua subterránea debido a infiltraciones de aguas de
contacto desde la superficie del botadero de estériles. Esto es más complejo en los
botaderos de estériles que en los depósitos de relaves, debido a que la gran heterogeneidad
física de los estériles hace que el flujo a través del depósito sea bastante complejo.
El desvió de escorrentías entorno del depósito de estériles puede reducir la recarga en
acuíferos cercanos.
2.9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ADASME, Cecilia. Consideraciones Ambientales D.S. 248, Aprobación de Proyectos de
Diseño, Construcción, Operación y Cierre de Depósitos de Relaves. [Diapositivas]
Sernageomin.[2007].
2. CUADRA, Patricio. Proceso Productivo del Cobre. [en línea].
<https:www.codelcoeduca.cl/proceso/flotación/flotación.asp>
3. Estudios Mineros del Perú S.A.C. Manual de Minería. Lima, Perú.
4. GARCIA. Impacto y Riesgo Ambiental de los Residuos Minero-Metalúrgicos de la Sierra
de Cartagena – La Union (Murcia – España). Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de
Cartagena. 2004.
5. MARQUEZ Cordero, Denis Fabián. Estudio de Diseños y Operaciones en los Depósitos de
Relaves. Trabajo de titulación para obtener el Título de Ingeniero de Ejecución en
Geomensura. Santiago, Chile. Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ingeniería,
Departamento de Ingeniería Geográfica. 2002. 125 h.
6. OLCAY Cárdenas, Luis Alberto. Proposición de una Metodología para elaborar Estudio de
Impacto Ambiental y Declaraciones de Impacto Ambiental de nuevos Proyectos de la
Minería del Cobre. Trabajo de Titulación para obtener el Título de Ingeniero Civil.
Santiago, Chile. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas,
Departamento de Ingeniería Civil. 1995. 111 h.
7. OLDECOP Luciano. Funcionamiento Hidraulico, Estabilidad y Mecanismos de Rotura de
Presas de Relaves Mineros. Facultad de Ingenieria, Universidad Nacional de San Juan.
Argentina. 2004.
8. RAMIREZ Morande, Nelson. Guía Técnica de Operación y Control de Depósitos de
Relaves. Chile. Servicio Nacional de Geología y Minería, Departamento de Seguridad
Minera. 2007.
9. ROJAS Villanueva, Atilio Jesús. Manejo Ambiental Relaves – Disposición Subacuática.
Tesis para optar al Título Profesional de Ingeniero Metalúrgico. Lima, Perú. Universidad
30
Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Ingeniería de Minas, Metalurgia, Geología y
Ciencias Geográficas. 2007. 236 h.
10. SCHULZ, Bern. Introducción a la Metalurgia. Apunte Departamento de Ingeniería
Metalúrgica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Santiago de Chile. 2003.
11. SERNAGEOMIN. Manual de Entrenamiento en Concentración de Minerales. Parte del
Proyecto “Capacitación de Mineros en Escuela Minera de Chiripujio”
12. U.S. Enviromental Protection Agency (EPA), Office of Solid Waste. Technical Report:
“Design and Evaluation of Tailings Dams”. August, 1994.
13. ZANDARIN M.T, OLDECOP y RODRIGUEZ. Stability of a Tailing Dam Considering the
Hydro-mechanical Behaviour of Tailings and Climate Factors. Unsaturated Soils. Advances
in Geoengineering. Taylos & Francis, London. 2008.
31
3. ANTECEDENTES GENERALES SOBRE UNA
CARACTERIZACION HIDROGEOLOGICA
3.1 GENERALIDADES
En el Capítulo 2 del presente Trabajo de Titulo se indican los principales aspectos ambientales
provocados por las distintas actividades llevadas a cabo en la producción minera. Todos estos
aspectos ambientales pueden generar diversos impactos ambientales, tanto positivos como
negativos, de acuerdo a cómo interactúan con el medio ambiente de la zona donde se ubica el
proyecto.
Un mismo proyecto puede ocasionar impactos muy significativos en una zona, y sin embargo
generar bajo impacto en otra zona distinta. Luego, lo importante no es lo que genere o no genere la
producción minera, lo importante es como interactúa el proyecto con todas sus actividades con el
medio ambiente en que se ubique.
Para poder determinar el impacto que una actividad puede ocasionar en el medio ambiente de una
zona dada primero se debe conocer completamente la zona, de modo de poder superponer la
situación actual de ésta, con los aspectos ambientales generados por las distintas actividades del
proyecto, con el fin de concluir si habrán impactos o no, y de haberlos, poder determinar la
magnitud de estos.
Como el enfoque de este Trabajo de Título es determinar los impactos ambientales en la
componente hidrogeológica que pueda ocasionar en el medio ambiente de una zona dada un
proyecto minero de sulfuros de cobre, el primer paso a realizar consiste en caracterizar
completamente la zona desde el punto de vista hidrogeológico. Para esto se realiza una
caracterización hidrogeológica del área de estudio. Esta caracterización nos permite conocer en
profundidad la hidrogeología de la zona, incluyendo una descripción completa del sitio y la
generación de un modelo conceptual del funcionamiento hidrológico e hidrogeoquímico de las
aguas superficiales y subterráneas presentes en la zona de interés. Con esto, es posible desarrollar
posteriormente la modelación numérica del flujo y transporte de contaminantes en la zona de
estudio, con el fin de determinar los posibles impactos que se puedan generar. Las caracterizaciones
hidrogeológicas son esenciales para una clara comprensión de los mecanismos que influyen en el
movimiento de los contaminantes subterráneos. Cuando se combinan con la modelación, se
convierten en una herramienta muy eficaz para la definición de las zonas afectadas por distintos
impactos, y para el desarrollo de estrategias de remediación.
Luego de revisar múltiples estudios realizados tanto en Chile como en otros países de Sudamérica,
se concluyó que una caracterización hidrogeológica completa incluye las siguientes partes:
1. Descripción del Área de Estudio
2. Geología de la zona
3. Geofísica de la zona
4. Geomorfología
5. Hidrología
32
6. Hidrogeología de la zona
6.1 Unidades Hidrogeológicas Conceptuales
6.2 Hidrogeología Cuantitativa
6.2.1 Constantes Hidráulicas
6.2.2 Niveles Estáticos y Volúmenes de Agua almacenados almacenados
6.2.3 Movimiento del Agua Subterránea, direcciones de flujo, gradientes
hidráulicos
7. Balance Hídrico
8. Hidroquímica e isotopía
9. Vulnerabilidad del Acuífero
10. Modelación
Cabe destacar que en nuestro país no existe ningún documento o pauta legal que indique lo que una
caracterización hidrogeológica debe incluir. Por esto no todas incluyen todos los contenidos
indicados previamente. Los contenidos que se incluyen dependen exclusivamente del objetivo de la
caracterización y de las características que se desea analizar.
A continuación explicaremos los puntos anteriores, indicando algunos métodos para obtener la
información relevante a cada uno.
3.2 PARTES DE UNA CARACTERIZACIÓN HIDROGEOLÓGICA
3.2.1 Descripción del Área de Estudio
El objetivo de esta parte es entregar una descripción general del área donde se emplazará el
proyecto. Debe incluir la ubicación exacta del proyecto: región, provincia, comuna, distancias a las
ciudades más cercanas. También se debe detallar las zonas exactas donde se ubicarán las partes del
proyecto, en especial las partes con mayor interés desde el punto de vista del impacto ambiental,
como el rajo, botaderos, y todas las unidades detalladas en el capítulo 2 del presente trabajo. Se
deben incluir mapas donde se muestre la ubicación del proyecto y la ubicación de las componentes
principales de éste. En Chile, es posible encontrar información topográfica de todo el país en el
Instituto Geográfico Militar.
Se describirá brevemente algunos puntos importantes que deben incluirse en esta parte:
33
- Geomorfología Regional: la Geomorfología es la ciencia que estudia las formas de la
Tierra12
. Se debe describir el relieve, las cuencas, elementos morfológicos importantes
(cordilleras, cordones transversales, planicies litorales, etc), alturas promedios en la zona y
altura máximas.
- Clima: corresponde al conjunto de condiciones atmosféricas propias de una zona
geográfica. Se debe incluir en la descripción los tipos de clima existentes en la zona del
proyecto, precipitaciones, temperatura promedio y oscilación térmica.
- Hidrografía: Estudia la distribución de las aguas en la superficie de la Tierra13
. Se deben
describir las cuencas existentes en la zona del proyecto, los ríos y esteros principales. Es
conveniente entregar parámetros geomorfológicos de la cuenca importantes, como el área
de la cuenca, largo del cauce principal, desnivel máximo y pendiente media de la cuenca.
Estos parámetros pueden ser determinados empleando los mapas existentes o empleando
algunos softwares (GIS, WMS)14
.
- Pluviometría: Parte de la meteorología que estudia la distribución geográfica y estacional de
las precipitaciones. Se deben indicar las estaciones pluviométricas que existan en la zona,
años de registro que tienen y el régimen de precipitaciones existente. Si bien el análisis de
estos datos se realiza más adelante en el estudio es importante dejar definido qué datos se
usarán y de qué estación provienen. En nuestro país la información de las estaciones
meteorológicas y los datos que éstas entregan se deben solicitar a la Dirección General de
Aguas (DGA) y a la Dirección Meteorológica de Chile (DMC).
- Flora y Fauna: Si bien no es usual incluir esto en una caracterización hidrogeológica, es
recomendable hacerlo. Describir cuáles son las especies, tanto animales como vegetales,
que se ubican en la zona, en especial aquellas especies nativas y/o en peligro de extinción.
En caso de existir humedales en el área estudiada, es conveniente describir bien las especies
vegetales existes en estos, ya que la existencia de algunas especies puede indicar cierta
interacción entre el humedal y el acuífero (plantas freatófilas).
3.2.2 Geología de la zona
La geología es la ciencia que estudia la tierra15
. Se encarga de las rocas que la constituyen, los
procesos que las formaron y los cambios que ellas sufren para dar origen a los paisajes actuales.
Como parte de la caracterización hidrogeológica, se debe realizar una descripción de la geología del
área donde se ubicará el proyecto. El objetivo es poder definir los tipos de rocas y de depósitos que
existen en la zona y conocer además su evolución o historia geológica de deposición. Las rocas se
definen como agregados sólidos de minerales. Los depósitos corresponden a sedimentos que quedan
por el paso del tiempo.
12
IRIONDO, Martin. Introducción a la Geología. Argentina, 1993. 13
GEORGE, Pierre. Diccionario de Geografía. Francia, 1984. 14
GIS (Geographic Information System) es un sistema de información diseñada para capturar, almacenar,
manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográfica referenciada. WMS (Watershed
Modeling System) es un entorno de modelado grafico integral para todas las fases de la hidrología de cuencas
y sistemas hidráulicos. Creado por EMRL, permite computar diversos parámetros hidrológicos y geométricos
de una cuenca. 15
REBOLLEDO, Sofía. Conceptos Geológicos Básicos. Departamento de Geología, Universidad de Chile.
34
Una caracterización completa debería incluir las unidades geológicas presentes en la zona, la
estratigrafía, la litología y las estructuras.
La estratigrafía trata el estudio e interpretación de las rocas sedimentarias estratificadas, y de la
identificación, descripción, secuencia, tanto vertical como horizontal, de las unidades estratificadas
de las rocas. Estratificación es la disposición en capas paralelas de las rocas sedimentarias y un
estrato es cada una de las capas de que consta una formación de rocas estratificadas.
La litología es la clasificación de las rocas de acuerdo con su origen y su composición mineralógica.
Las estructuras son los sistemas de fallas y fracturas producidas por los movimientos tectónicos.
La información geológica se obtiene de la carta geológica de la zona, las cuales proporcionan
información referente a la naturaleza, las características de las rocas y el origen de los suelos en el
lugar de estudio. En nuestro país existen cartas geológicas de gran parte del país en el Servicio
Nacional de Geología y Minería, SERNAGEOMIN, las cuales pueden ser compradas por cualquier
persona.
Si es necesario tener más información que le entregada en la carta geológica, se deben realizar
campañas de terreno con personal calificado, que sea capaz de realizar el reconocimiento de los
distintos rasgos estructurales, litológicos, etc. en la zona. En las campañas de terreno se escogen
puntos de control para realizar en ellos los reconocimientos. Se toman muestras de sondajes y se
realiza un mapeo geológico en el área.
Luego, con la información tomada en terreno se construyen perfiles geológicos que resumen la
información de terreno y entregan información valiosa sobre la zona de estudio.
3.2.3 Geofísica de la zona
La geofísica es la ciencia que estudia los fenómenos físicos que se producen en nuestro planeta,
destacando entre estos, el electromagnetismo, la propagación de ondas mecánicas en la corteza
terrestre y la gravedad. Esta ciencia puede definirse como la aplicación de la física y la geología al
estudio de los materiales que componen la corteza terrestre y de los campos de fuerza que surgen de
ella y ejercen su influencia hacia el exterior16
.
El campo de estudio de las prospecciones corresponde a los efectos producidos por las rocas y
minerales metálicos en áreas anómalas, destacando entre estos: la fuerza de atracción gravitatoria, la
desintegración radiactiva, las corrientes eléctricas espontáneas, la resistencia eléctrica de los suelos,
la rapidez de las ondas sísmicas, etc.
El objetivo de un estudio geofísico en el área es determinar las características geoeléctricas del
subsuelo, con el propósito de aportar en la definición e interpretación estratigráfica y de las
unidades geológicas.
La estratigrafía depende de la mineralogía (litología) y microestructura (porosidad, granulometría,
fracturamiento) de las rocas, que varían significativamente según la profundidad. Las características
de los fluidos que contienen las rocas, como la salinidad y el grado de saturación, afectan
notablemente la resistividad de los estratos geoeléctricos. Las estructuras y los fenómenos de
16
TGT-www.geofisica.cl. Introducción a la Prospección Geofísica.
35
alteración generan también cambios de la resistividad que pueden ser detectados con un estudio
geoeléctrico.
Existen distintos métodos para realizar un estudio geofísico. Entre estos métodos tenemos la
gravimetría, transiente electromagnético y sondaje eléctrico vertical. Luego de revisar distintos
estudios hidrogeológicos se observó que la técnica más usada en nuestro país es la del Transiente
Electromagnético (TEM). Esta técnica tiene como objetivo determinar las características
geoeléctricas de sub-superficie de las zonas de estudio, y de esta manera determinar sus
características hidrogeológicas.
El TEM es un método electromagnético utilizado para definir la distribución de resistividades en el
subsuelo. Una corriente eléctrica variando como función del tiempo en un loop (circuito) aislado de
la tierra genera un campo magnético, el cual excita corrientes eléctricas a circular en conductores en
la Tierra. Estos producen un campo magnético secundario, medido en la superficie. Usando
modelos de propagación de estos campos electromagnéticos en la Tierra en función del tiempo se
permite la interpretación de los datos en términos de posibles modelos de distribución de
resistividades espaciales en la Tierra (bajo ciertas suposiciones)17
.
La cantidad y ubicación de las estaciones de TEM obedece a criterios económicos, técnicos y
logísticos. Es necesario considerar para definir esto que la geofísica tiene por objetivo, junto con las
perforaciones, definir la geometría de las unidades litológicas en profundidad y su comportamiento
hidráulico, por lo que es necesario que las estaciones TEM se encuentren bien distribuidas en la
zona de estudio.
3.2.4 Hidrología
Es necesario generar una cantidad de información hidrológica en la caracterización ya que esta
aporta a determinar datos hidrogeológicos relevantes.
La red hidrográfica debe estar completamente descrita. Se debe saber cuáles son los cauces
principales, las cuencas que drenan, parámetros de estas cuencas, afluentes más importantes, etc.
Pluviometría: se deben identificar las estaciones pluviométricas existentes en el área el proyecto o
cerca de él. Con la información de estas estaciones se pueden estimar los datos en la zona del
proyecto. La estimación se realiza aplicando alguna corrección a los datos de las estaciones de
modo de extrapolarlos al área del proyecto. Una corrección típica es la orográfica, que consiste en
encontrar una correlación entre la altura y la precipitación para las estaciones conocidas y luego
usar esa relación para determinar la precipitación a la altura media en la que se ubica el proyecto.
Los datos medios mensuales de precipitación, caudales, evaporación, etc. deben analizarse para ver
cómo se comportan a lo largo de un año hidrológico. Conviene obtener valores de precipitación a
distintos porcentajes de excedencia.
Un análisis estadístico de la información también es recomendable. Obtener los valores de
precipitación máxima para distintos periodos de retorno ayuda a determinar los caudales de crecida
producto de la precipitación.
17
ZONJE INGENIERIA y GEOFISICA. Informe Final Estudio Transiente Electromagnético (TEM) en el
Proyecto Quilmenco IV Región Chile. Obtenido de la página del SEIA www.e-seia.cl.
36
Recarga: Los mecanismos de recarga de los acuíferos comprometen, principalmente, percolación
de aguas lluvias e infiltración a partir del escurrimiento superficial. La cuantía de la infiltración se
vincula con la granulometría y espesor o profundidad del suelo de cobertura, en términos de
controlar los procesos de absorción y transmisión de agua.
Para la determinación de la infiltración existen varias alternativas en la literatura. A continuación
explicaremos algunos de estos métodos.
Curva Numero
De la precipitación total que cae en una zona dada, tenemos que una parte de esa precipitación
genera escorrentía directa (esa parte se llama precipitación efectiva). La precipitación que no genera
escorrentía queda como retención superficial y/o infiltración. Esta agua perdida para la escorrentía
directa se denomina abstracciones. Se explicarán a continuación dos de estos métodos: el de la
Curva Numero y el de Horton.
La capacidad de infiltración del suelo va disminuyendo con el tiempo. El método de la Curva
Número supone que el suelo retiene una cierta cantidad caída al principio, y después de eso, el
porcentaje que genera escorrentía va aumentando con el tiempo. Luego tenemos que la capacidad
de abstracción del suelo va disminuyendo con el tiempo.
Para la tormenta como un todo, la precipitación efectiva Pe, es siempre menor o igual que la
profundidad de precipitación P. De manera similar, después que la escorrentía se inicia, la
profundidad adicional de agua retenida en la cuenca Fa, es menor o igual a alguna retención
potencial máxima S. Existe una cierta cantidad de precipitación Ia, para la cual no existirá
escorrentía, luego la escorrentía potencial es P-Ia. La hipótesis del método de la Curva Número
consiste en que las relaciones de las dos cantidades reales y las dos cantidades potenciales son
iguales, es decir18
:
Además, del principio de continuidad tenemos:
Combinando ambas ecuaciones tenemos:
Con esta ecuación se puede obtener la precipitación efectiva, o la que genera escorrentía directa.
Con este valor, es posible obtener la infiltración restando este valor de la precipitación total que
cayó en el área.
Para calcular el valor de la precipitación para la cual no ocurre escorrentía, Ia, se puede usar la
relación empírica Ia = 0,2S, obtenida al analizar los resultados obtenidos para varias cuencas
experimentales.
18
VEN TE CHOW, Hidrología Aplicada. Página 150.
37
Para obtener la retención potencial máxima S se debe determinar el número de curva asociado a la
cuenca, y luego emplear la siguiente relación:
(mm)
Los valores del número de curva están tabulados para condiciones antecedentes de humedad
(humedad del suelo antes del evento de precipitación) normales (AMC II). Para condiciones secas
(AMC I) y húmedas (AMC III) los números de curva equivalentes se pueden calcular con19
:
;
En la Tabla 3.1 se muestra el rango para las condiciones antecedentes de humedad.
Tabla 3.1 Clasificación de Antecedentes de Humedad para el Método de Curva Número
Lluvia antecedente total de 5 días (cm)
Grupo AMC Estación Inactiva
Estación de
Crecimiento
I menor que 1,3 menor que 3,6
II 1,3 a 2,8 3,6 a 5,3
III sobre 2,8 sobre 5,3 Fuente: Ven Te Chow. Hidrología Aplicada, pagina 153.
Los números de curva han sido tabulados por el Soil Conservation Service con base en el tipo de
suelo y el uso de la tierra. Se definen cuatro grupos de suelos:
- Grupo A: Arena profunda, suelos profundos depositados por el viento, limos agregados.
- Grupo B: suelos poco profundos depositados por el viento, marga arenosa.
- Grupo C: margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido
orgánico y suelos con altos contenidos de arcilla.
- Grupo D: suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente
plásticas y ciertos suelos salinos.
Los valores de Curva Número (CN) para varios tipos de uso de la tierra en estos tipos de suelo se
dan en la Tabla 3.2. Para una cuenca compuesta de varios tipos de suelos y con diferentes usos de
la tierra se puede calcular un CN compuesto.
19
VEN TE CHOW, Hidrología Aplicada. Página 152
38
Tabla 3.2 Curva Número. Números de curva de escorrentía para usos selectos de tierra
agrícola suburbana y urbana (condiciones antecedentes de humedad II, Ia=0,2S)
Descripción del uso de la tierra Grupo hidrológico del suelo
A B C D
Tierra Cultivada sin tratamiento de conservación 72 81 88 91
Tierra Cultivada con tratamiento de conservación 62 71 78 81
Pastizales: condiciones pobres 68 79 86 89
Pastizales: condiciones optimas 39 61 74 80
Vegas de ríos: condiciones optimas 30 58 71 78
Bosques: troncos delgados, cubierta pobre sin hierbas 45 66 77 83
Bosques: cubierta buena 25 55 70 77
Áreas abiertas, césped, parques, etc: condiciones optimas (cubierta de pasto mayor a 75%) 39 61 74 80
Áreas abiertas, césped, parques, etc: condiciones aceptables (cubierta de pasto men el 50 al 75%) 49 69 79 84
Áreas comerciales de negocios (85% impermeables) 89 92 94 95
Distritos industriales (72% impermeables) 81 88 91 93
Residencial
Tamaño promedio del lote Porcentaje promedio impermeable
1/8 acre o menos 65 77 85 90 92
1/4 acre 38 61 75 83 87
1/3 acre 30 57 72 81 86
1/2 acre 25 54 70 80 85
1 acre 20 51 68 79 84
Parqueadores pavimentados, techos, accesos, etc 98 98 98 98
Calles y carreteras: pavimentados con cunetas y alcantarillados 98 98 98 98
Calles y carreteras: grava 76 85 89 91
Calles y carreteras: tierra 72 82 87 89
Fuente: Ven Te Chow. Hidrología Aplicada, página 154
Método de Horton
Corresponde a una de las formulas más conocidas, desarrollada por Horton en 1940. Expresa la
capacidad de infiltración como:
Donde f0, fc y k son constantes empíricas para cada tipo de suelo: fc representa la capacidad de
infiltración residual o mínima, f0 la tasa máxima de infiltración y k la constante de decaimiento.
39
Esta fórmula permite obtener la capacidad de infiltración con suficiente aptitud si se dispone de
información adecuada (Hsu y otros, 2002).
Método de Green y Ampt
Green y Ampt (1911) propusieron una solución aproximada basada en infiltración vertical, y
asumieron que el frente de humedecimiento puede ser definido por la presión del agua en este
frente. Green y Ampt derivaron la siguiente expresión para la infiltración (I).
Donde para esta expresión, I es la tasa de infiltración, K es la conductividad hidráulica del suelo
saturado, H es la altura del agua desde la superficie del suelo, zf es el espesor de la zona saturada, Hf
es la presión capilar en el frente expresado como altura de agua, θ es el grado de saturación y A y B
son parámetros.
Esta ecuación se obtiene aplicando la ley de Darcy en la zona húmeda, asumiendo un contenido de
agua uniforme y una conductividad uniforme en la zona húmeda. El frente húmedo es considerado
como una abrupta interfase entre la zona saturada y la zona inicialmente con agua (Bouwer, 1978).
La determinación de cual método usar va depender de la distribución temporal y de la experiencia
del ingeniero especialista. Uno de los métodos más usados en nuestro país es el de la Curva
Numero. Este método está definido para ser usado entre las regiones III a X. Es posible usarlo para
otras zonas, puntualmente el norte del país donde se concentran los yacimientos mineros, pero en
este caso se recomienda el uso de la envolvente que corresponde a un escenario más desfavorable y
que por lo tanto entrega resultados conservadores desde el punto de vista de los caudales máximos a
esperar.
3.2.5 Hidrogeología de la zona
3.2.5.1 Unidades Hidrogeológicas
En esta parte del Estudio se describen las características hidrogeológicas más relevantes de la
totalidad de las unidades geológicas presentes en el segmento objeto de estudio. Se realizan
descripciones generalizadas cualitativas de la zona. Una unidad hidrogeológica agrupa distintas
litologías o distintas unidades geológicas, que tienen en común su grado de permeabilidad. Al
definir las unidades hidrogeológicas se define su geometría, ie extensión y espesores aproximados.
La Geofísica también ayuda a definir las unidades de acuerdo a su permeabilidad.
3.2.5.2 Hidrogeología Cuantitativa
Una vez definidas las unidades hidrogeológicas con mayor potencial como acuíferos es posible
cuantificar las características de ellos.
40
3.2.5.2.1 Constantes Hidráulicas
Para obtener los parámetros hidráulicos de los acuíferos que existen en la zona de estudio se
realizan pruebas hidráulicas. Para esto es necesario realizar primero un catastro de los pozos
existentes en la zona, para luego definir si es necesario construir nuevos pozos y, en caso que sea
necesario, definir la ubicación de estos. La idea es tener la cantidad suficiente de pozos repartidos
en la zona de estudio que permitan que el análisis sea lo más completo posible.
Los parámetros hidráulicos de un acuífero se refieren principalmente a la capacidad de transmitir
agua (permeabilidad o transmisividad) y a la capacidad de almacenarla (almacenamiento o
rendimiento especifico)20
.
En una prueba de bombeo, un pozo es bombeado y se mide la depresión o descenso de nivel en uno
o más pozos de observación. Las pruebas de bombeo se pueden clasificar en dos grandes grupos:
gasto variable y gasto constante. Las pruebas de gasto variable se realizan para determinar la
capacidad de producción del pozo y para determinar la posición de la bomba dentro del sondaje. La
prueba de gasto constante es utilizada para determinar las propiedades elásticas o hidrogeológicas
de la formación acuífera9.
Una vez realizada la prueba de bombeo se procede a analizar los datos medidos en el periodo que
duró la prueba. Los datos que se miden corresponden a los niveles de descenso en función del
tiempo y el caudal de bombeo. Una prueba de gasto variable debería tener una duración de entre 12
y 24 horas, mientras que una prueba de gasto constante tendrá una duración mínima de 24 horas, o
bien el tiempo hasta el cual se haya conseguido una estabilización de los niveles de a los menos 6
horas. Los datos de niveles tienen que ser medidos en todo el tiempo que dure la prueba.
Para realizar la interpretación de los datos con el fin de obtener los parámetros hidráulicos existen
varios métodos analíticos de flujo en el acuífero. Algunos de estos métodos son: Método de Theis,
Método de Jacob, Método Hantush.
En la actualidad se dispone de programas computacionales para, en forma rápida y eficiente,
evaluan las pruebas de bombeo. Un caso es el software “Aquifer Test” (Waterloo Hydrogeologic,
1996), que entre otras características ajusta automáticamente las curvas, y los resultados son
presentados en gráficos y tablas; además, el programa tiene la facilidad de importar datos de
registro continuo, como puede ser desde un datalogger (medidor automatico de los niveles de agua
dentro de un pozo y que tiene la capacidad de almacenar gran cantidad de información). En el
Aquifer Test además es posible elegir el método que se desea ocupar para la interpretación de los
datos de las pruebas de bombeo.
Otra prueba que se realiza para obtener parámetros hidráulicos son las pruebas de Packer. Estas
pruebas se realizan para evaluar la variabilidad de un sondaje, a medida que este intersecta distintas
unidades hidrogeológicas. Los niveles estaticos en perforaciones abiertas y las pruebas de bombeo
pueden entregar resultados confusos en dichos ambientes. Por lo tanto, las pruebas de Packer se
utilizan estos ambientes para ayudar a comprender las propiedades hidrogeológicas detalladas de los
distintos horizontes atravesados. Este conocimiento puede ser esencial para el diseño de programas
hidrogeológicos.
20
ESPINOZA CARLOS. Apuntes del curso “Hidráulica de Aguas Subterráneas y su Aprovechamiento”.
Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile.
41
Las pruebas de Packer se desarrollan ya sea en pozos abiertos o utilizando las barras de perforación
de diamantina. El utilizar las barras de perforación permite realizar las pruebas en terreno inestable,
donde la posibilidad de caída de las paredes del pozo podría causar que la herramienta quedara
atascada por rocas o arena. Las barras también sirven como línea de conducción del agua, haciendo
mucho más fácil la operación del equipo involucrado al realizar pruebas a gran profundidad.
Estas pruebas consisten en la medición del flujo con el aumento/caída de la presión en el tramo
probado, para un periodo determinado de tiempo.
3.2.5.2.2 Niveles Estáticos y Volúmenes de Agua
El comportamiento de los niveles estáticos en el tiempo, del momento que responden a cambios de
volumen producidos en la zona saturada del acuífero, constituyen una importante herramienta de
diagnostico hidrogeológico. Las anomalías registradas proporcionan información respecto de
efectos de recarga o descarga. Normalmente, las fluctuaciones lentas o graduales se asocian a
cambios naturales en el volumen total de agua almacenada, vinculado tanto a recarga, como a
descarga hacia zonas donde predominan los procesos de evaporación.
En nuestro país la DGA mantiene un permanente y regular control de registros destinados a
establecer la situación y el comportamiento de los niveles estáticos en pozos representativos de
varias zonas de Chile. Para analizar los niveles en la zona de interés es conveniente contar con un
registro histórico de variaciones lo más amplio posible, ya que así es posible obtener un patrón de
descenso general lo más exacto posible.
En análisis de los niveles tiene que ser tanto espacial como temporal. Para los pozos con los que se
cuenta con registro se debe analizar su variación en el tiempo, graficando el descenso versus tiempo
con el fin de observar cómo va variando. Además, para una fecha dada, conviene realizar un
análisis espacial de forma de visualizar el comportamiento del nivel en la zona de estudio, de forma
de visualizar el comportamiento del nivel en la zona de estudio. Para esto se toman todos los pozos
que cuentan con mediciones en la fecha escogida y se interpolan valores de descenso para los
puntos que no cuentan con medición, generando una superficie de niveles medidos. Existen
programas computacionales que realizan esto, como por ejemplo Surfer (Golder Software,
Colorado, Usa).
3.2.5.2.3 Movimiento de Agua Subterránea
El movimiento del agua subterránea queda representado por líneas de flujo, normales a las líneas
equipotenciales o isopiezas. Para determinar las isopiezas se usan los niveles estáticos.
El análisis de las líneas isopiezométricas permite reconocer zonas con mayor y/o menor
transmisividad. Este parámetro está directamente relacionado con la permeabilidad y el espesor de
los acuíferos. Para zonas con líneas de flujo subterráneo aproximadamente paralelas, cuando las
isopiezas se acercan hacia aguas abajo, es debido a una disminución en la transmisividad. Ello se
puede entender como una disminución de la permeabilidad, del espesor, o de ambos a la vez. Por el
contrario, si se separan hacia aguas abajo, es a consecuencia de un aumento en la transmisibilidad.
Además, puede indicar la existencia de grandes extracciones de agua subterránea21
.
21
CUSTODIO Y LLAMAS. Hidrología Subterránea. 1996, pagina 542.
42
3.2.6 Balance Hídrico
El concepto de balance hídrico corresponde a la versión hidrológica del principio de conservación
de la masa o de la ecuación de la continuidad, según la cual para cualquier sistema considerado y
durante cualquier periodo de tiempo, la diferencia entre sus entradas y sus salidas será igual al
cambio de volumen de agua en el almacenamiento22
.
Así, para poder realizar el balance hídrico es necesario identificar todas la entradas y salidas de los
sistemas que existan en la zona de estudio.
Las entradas más comunes para un sistema Acuífero son:
recarga por infiltración de precipitación
infiltraciones desde el cauce de un río hacia el acuífero
infiltraciones desde los depósitos de relaves
recarga de agua subterránea desde una cuenca hidrogeológica adyacente.
Las salidas más comunes para este sistema corresponden a:
extracciones por bombeo en pozos
afloramientos desde el agua subterránea hacia el cauce del río
salidas subterráneas por el límite inferior.
Salida de agua hacia otra cuenca
Evaporación
Las entradas más comunes para un sistema Cauce son:
precipitación efectiva
aportes del agua subterránea hacia el cauce del ro
posibles entradas por vertidos de caudales usados en plantas concentradoras.
Las salidas del sistema Cauce más comunes son:
infiltraciones desde el cauce del río hacia el acuífero
evaporación,
posibles caudales que pueden extraerse para algún uso dentro del proceso minero.
Dentro del estudio hay que estimar estas entradas y salidas a fin de poder comprobar que el balance
se cumple.
3.2.7 Hidroquímica e Isotopía
Otro de los puntos que debe ser considerado en una caracterización hidrogeológica es la
Hidroquímica, que es el estudio de la química de las aguas subterráneas.
Para llevar a cabo el análisis químico de la calidad de las aguas en la zona se deben tomar muestras
tanto subterráneas como superficiales, de distintos puntos de la zona de estudio, de forma de poder
realizar una representación lo más real posible.
22
PEREZ LUIS. Gestión de Recursos Hídricos. Página 44.
43
Las muestras de agua de agua tomadas se analizan en laboratorio, con el fin de determinar su
composición química. Se analizan parámetros generales (pH, Conductividad, sólidos suspendidos,
sólidos disueltos, iones mayores, etc), metales disueltos, metales totales, coliformes fecales, entre
otros parámetros. Los parámetros analizados dependerán del tipo de estudio que se está realizando y
del tipo de muestra.
Una vez obtenida la composición, lo primero que se debe realizar es el control de calidad de las
muestras analizadas, de modo de asegurarse que las muestras fueron tomadas correctamente, y que
el laboratorio realizó un análisis adecuado. Existen varias formas de realizar el control de calidad.
Entre las más usadas esta el error del balance iónico y las muestras duplicadas.
El agua cumple el principio de la electroneutralidad, es decir, no tiene carga iónica. Por lo anterior,
debería existir balance entre el total de cationes y de aniones expresados en miliequivalentes por
litro (meq/L).El nivel de error en el balance iónico (EBI) en los datos se calcula usando la formula
de Weight (2001):
Los iones que suelen usarse para el cálculo del balance son:
3 Cationes: Na, Mg, Al, K, Ca, Fe.
4 Aniones: Cl, SO4, HCO3, NO3.
Las muestras duplicadas consisten en tomar dos muestras de un mismo punto identificándolas con
distinto nombre. El resultado del laboratorio debería ser similar para ambas muestras.
Cuando se realiza el análisis de los resultados, es conveniente analizar las variaciones en el pH,
conductividad, sólidos disueltos totales, sólidos suspendidos totales y elementos mayores (Al, Cl,
Fe, SO4, Ca, K, Mg, Na). La idea es ver como varían tanto espacial como temporalmente, y ver si
cumplen con las normas que puedan existir sobre su composición.
También es conveniente clasificar las aguas muestreadas. Para esto se construyen diagramas de
Piper, los cuales permiten clasificar las aguas de acuerdo a su composición química. El diagrama de
Piper separa los cationes y los aniones en dos triángulos, y un campo romboidal central para el
conjunto de ellos. Representa la composición química mayoritaria de muchas aguas sobre un único
gráfico, facilitando la comparación y la clasificación de las aguas. Permite agrupar aguas por
familias hidroquímicas. La Figura 3.1 muestra la clasificación de los diagramas de Piper.
44
Figura 3.1 Diagrama de Piper
Los tipos de aguas son:
1. Aguas sulfatadas y/ cloruradas, cálcicas y/o magnésicas.
2. Aguas bicarbonatadas cálcicas y/o magnésicas.
3. Aguas cloruradas y/o sulfatadas sódicas.
4. Aguas bicarbonatadas sódicas.
5. Aguas magnésicas.
6. Aguas cálcicas.
7. Aguas sódicas.
8. Aguas magnésicas, cálcicas y sódicas.
9. Aguas sulfatadas.
10. Aguas bicarbonatadas.
11. Aguas cloruradas.
12. Aguas sulfatadas, bicarbonatadas y cloruradas.
Los diagramas de Piper, así como el error del balance iónico y otro diagramas hidroquímicos
existentes, pueden ser construidos fácilmente mediante el uso de algunos programas computaciones,
como por ejemplo Aquachem23
, el cual es un software desarrollado específicamente para el análisis
gráfico, numérico y modelación de datos sobre la calidad del agua.
Los isotopos ambientales se usan principalmente en estudios con énfasis en el origen de aguas y
solutos, y en la evaluación de tiempo de residencia de aguas subterráneas en acuíferos regionales.
El principio básico de la aplicación de isotopos estables para evaluar el origen del agua subterránea,
es que la composición isotópica del agua subterránea es un reflejo de la composición isotópica
23
Programa diseñado por Waterloo Hydrogeologic para realizar análisis numéricos y gráficos que sirven para
interpretar datos de calidad de aguas.
45
(ponderada por la cantidad de precipitación) de la precipitación en las áreas de recarga. Luego la
composición isotópica de la precipitación está relacionada a las condiciones climáticas en que se
produce la precipitación. Si las condiciones climáticas por ejemplo cambian a temperaturas más
bajas y mayores precipitaciones, la composición isotópica de las precipitaciones va a tender a
valores más empobrecidos en los isotopos más pesados (18
O, 2H). La otra razón fundamental para el
uso de los isotopos al evaluar el origen del agua, es que la composición isotópica de esta se
conserva a lo largo de la dirección de flujo del agua subterránea.
Otro isotopo usado en estos análisis es el Tritio (3H), que es un isotopo radioactivo del hidrogeno
con un tiempo de vida media de 12,4 años. El tritio se produce naturalmente en la atmosfera por
reacciones del nitrógeno atmosférico con neutrones de los rayos cósmicos. Pero la principal razón
por la que se puede usar el tritio en estudios hidrogeológicos es por la entrada importante de tritio
de origen termonuclear a la atmosfera después de 1950. Cualquier agua que ha participado en el
ciclo hidrogeológico después de 1950 va a estar marcada con tritio de origen termonuclear.
3.2.8 Vulnerabilidad del Acuífero
La definición tradicional de Vulnerabilidad de un Acuífero se refiere a la susceptibilidad natural que
presenta a la contaminación, y está determinada principalmente por las características intrínsecas
del acuífero24
. La literatura técnica (Ground Water Vulnerability Assesment, 2000) indica que la
vulnerabilidad se puede definir como el nivel de penetración con que un contaminante alcanza una
posición especifica en un sistema acuífero, después de su introducción en alguna posición sobre la
zona no saturada. Por otro lado, el riesgo de contaminación esta determinado básicamente por las
características del acuífero, las que son relativamente estáticas, es decir, permanentes a escalas
razonables de tiempo; y por la existencia de actividades potencialmente contaminantes, las que son
esencialmente dinámicas.
Existen diversas metodologías para la determinación de la vulnerabilidad de los acuíferos. Dichos
métodos difieren en los parámetros utilizados para su determinación, como por ejemplo:
características de la zona no saturada, profundidad del agua subterránea, recarga neta,
permeabilidad del subsuelo, etc. Existen métodos que usan un número importante de parámetros,
mientras que otros están basados en un número muy reducido. En la práctica, la utilización de un
método y otro queda determinada fundamentalmente por la disponibilidad de información25
.
Uno de los métodos para determinar Vulnerabilidad es el desarrollado por el Instituto Federal de
Geociencias y Recursos Naturales (BGR) en conjunto con los Servicio Geológicos Federales de
Alemania. A continuación se explica el método.
El Método BGR se basa en la evaluación de una serie de factores que determinan el tiempo de
residencia del agua que se está infiltrando a través de la capa no saturada ubicada sobre el acuífero.
Existen cuatro factores relevantes en el cálculo de la vulnerabilidad mediante este método, estos
son:
- Capacidad de Campo Efectiva del Suelo.(S)
- Monto de la recarga al acuífero, dada por la precipitación efectiva.(R)
24
ESPINOZA CARLOS, RAMIREZ JORGE. Análisis Comparativo de Técnicas de Evaluación de
Vulnerabilidad de Acuíferos. Aplicación a la Zona Norte de la Ciudad de Santiago. 25
Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad de Acuíferos Establecido en la Norma de
Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Subterráneas. Dirección General de Aguas, Departamento de
Conservación y Protección de Recursos Hídricos. Santiago, 2004.
46
- La litología, es decir el tipo de sedimentos o rocas presentes en la zona no saturada.(L)
- Espesor de la zona no saturada. (E)
Estos valores son evaluados individualmente y luego se les asigna una puntuación que depende de
su valor y que va a ser función del grado de protección que pueden ofrecer al suelo. El método
supone que los elementos que influyen en la vulnerabilidad del acuífero son el suelo vegetal y la
zona no saturada.
La puntuación final se extrae de la siguiente expresión:
Donde:
PT = Puntuación total. Es una medida del tiempo de residencia aproximado del agua percolada en la
cubierta de suelo y roca sobre el acuífero.
W*S = aporta la contribución de la capa vegetal del terreno.
W* = evalúa el efecto de rocas y sedimentos ubicados bajo el terreno vegetal y sobre el
sistema acuífero analizado.
Q = tiene en cuenta la presencia de acuíferos colgados.
HP = permite incorporar la condición de confinamiento del acuífero.
Las Tablas siguientes entregan los puntajes asignados para distintos valores en los parámetros
relevantes. El puntaje asociado a la capacidad de campo efectiva se designa S, el asociado al tipo
litológico se designa L y el asociado al espesor de la zona no saturada es el factor E. También se
muestran diagramas para la estimación del puntaje para depósitos no consolidados.
Tabla 3.3 Evaluación de los Suelos sobre la Base de la Capacidad de Campo Efectiva
Fuente: Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad en Acuíferos. DGA.
47
Figura 3.2 Estimación de Puntaje para depósitos no consolidados en Método de Cálculo de
Vulnerabilidad a partir de proporciones granulométricas. Triángulo de clasificación para el
caso en que los materiales finos superen el 50% del total. Fuente: Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad en Acuíferos. DGA.
Figura 3.3 Estimación de Puntaje para depósitos no consolidados en Método de Cálculo de
Vulnerabilidad a partir de proporciones granulométricas. Triángulo de clasificación para el
caso en que los materiales gruesos superen el 50% del total. Fuente: Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad en Acuíferos. DGA.
Las categorías de vulnerabilidad en función del puntaje PT se muestran en la Tabla 3.4.
48
Tabla 3.4 Clases de Efectividad Generalizada de Protección y Vulnerabilidad Asociada
VULNERABILIDAD DEL ACUIFERO SEGÚN EL METODO BGR
Grado de Protección Puntuación BGR Tiempo de Residencia del Agua Percolada (años)
muy alto > 4000 > 25
alto 2000 - 4000 10 - 25
medio 1000 - 2000 3 - 10
bajo 500 - 1000 varios meses a 3 años
muy bajo < 500 días Fuente: BRITO ANDREA. Evolución de la aplicabilidad de tres métodos para estimar vulnerabilidad de aguas subterráneas a escala
predial. 2006
3.2.9 Modelación
En primer lugar se realiza un modelo conceptual de la zona analizada. Posteriormente, en base a ese
modelo conceptual se puede realizar un modelo numérico del sector.
3.2.9.1 Modelo Conceptual
El modelo conceptual es una simplificación esquemática de la naturaleza, en la que se intenta
representar las condiciones hidrogeológicas reales en la cuenca.
El modelo conceptual identifica las condiciones de recarga y descarga de aguas, las características
de la roca permeable, las unidades estratigráficas y las respectivas condiciones hidrogeológicas
locales: direcciones del flujo del agua, gradientes hidráulicos, trasmisividad y capacidad de
almacenamiento, etc. De esta descripción se extrae que para realizar el modelo conceptual es
necesario contar con la mayor parte de la información descrita en las secciones anteriores.
Para construir el modelo hidrogeológico conceptual se deben seguir tres etapas:
- Definir las unidades hidroestratigráficas
- Preparar el balance hídrico
- Definir el sistema de flujo
La Figura 3.4 muestra la estructura del modelo conceptual.
49
Figura 3.4 Diagrama Modelo Conceptual Fuente: VELEZ MARIA. La Modelación Matemática como una Herramienta de Gestión. Universidad Nacional de Colombia, Sede
Medellín.
En la sección siguiente se explicaran más detalles sobre cómo realizar un modelo conceptual.
3.2.9.2 Modelo Numérico
Los modelos son una representación matemática que simplifica la compleja hidrología,
hidrogeología y química de un sitio. Utiliza las ecuaciones que gobiernan el flujo y conservación de
la masa para simular el flujo de agua y transporte de sustancias contaminantes en el medio. Los
modelos tienen principalmente dos objetivos: representar la realidad y, basado en esa
representación, simular situaciones futuras.
Un modelo entrega como solución la distribución de los niveles de agua o los niveles piezometricos,
dependiendo si se trata de un acuífero libre o uno confinado, a través del espacio y del tiempo.
La tarea de modelar numéricamente un sistema supone expresar el modelo conceptual en términos
de parámetros susceptibles de ser manejados por un código matemático. Uno de los códigos más
usados es el código MODFLOW (McDonald & Hargaugh, 1988) el cual se basa en el método de
diferencias finitas. Este método simula la continuidad del sistema acuífero mediante matrices de
celdas discretas, pero de propiedades uniformes. Es el software de aguas subterráneas de mayor uso
en Chile.
50
Se pueden identificar 10 pasos relevantes para la elaboración de un modelo de simulación
hidrogeológico26
. Estos 10 pasos se agrupan en 3 etapas (ver Figura 3.5). La primera etapa (etapa
A) se orienta a elaborar un modelo conceptual de la zona de estudio. La segunda etapa es la
construcción del modelo (etapa B) y la tercera corresponde al uso del modelo para realizar
simulaciones (etapa C).
Figura 3.5 Etapas Proceso de Modelación Fuente: Espinoza Carlos. Apuntes Curso CI66J-Modelacion de Aguas Subterráneas.
Etapa A
En primer lugar se debe definir la naturaleza del problema y se debe evaluar el propósito u objetivo
del modelo. Se deben identificar procesos de importancia, evaluar preliminarmente el nivel de
información disponible, la escala de los problemas a estudiar, el uso posterior que se le dará al
modelo, etc.
26
Espinoza Carlos. Apuntes curso CI66J-Modelacion de Aguas Subterráneas. “Etapas para el desarrollo de un
modelo hidrogeológico”. 2004.
51
Posteriormente se debe identificar la zona de estudio en términos de: su extensión, nivel de
información existente, posible condiciones de borde, usos de suelo, topografía, pluviometría,
geología, hidrología e hidrogeología, fuentes de recarga, redes de medición o monitoreo, etc. Se
debe identificar el dominio del modelo dentro de la zona de estudios en términos de: cubrir bien el
área, aprovechar condiciones de borde naturales (ríos, lagos y geología), identificar divisorias de
aguas e identificar posibles zonas de recarga. La Tabla 3.5 resume la información necesaria en esta
actividad y la fuente o metodología para obtenerla. La mayor parte de esta información es obtenida
al realizar el estudio hidrogeológico detallado en el Capítulo 4.
Tabla 3.5 Información necesaria en la etapa A y su metodología de obtención
Fuente: Espinoza Carlos. Apuntes Curso CI66J-Modelacion de Aguas Subterráneas.
Finalmente en la etapa A se desarrolla el modelo conceptual. El modelo conceptual describe el
funcionamiento y características del sistema hidrogeológico. Se basa en los datos de terreno y se
relaciona con los objetivos del estudio general que se lleva a cabo. Utiliza la información obtenida
en las actividades previas de la etapa A.
Etapa B
Lo primero que se realiza en esta etapa es seleccionar el tipo de modelo que se usará. Se define la
dimensionalidad, si será transiente o permanente, de flujo o de transporte, predictivo o inverso, etc.
El elegido va a depender del objetivo de la modelación, de la experiencia del modelador, del
presupuesto y tiempo disponible, etc.
INFORMACION FUENTE O METODOLOGIA
Topografía Mapas
Hidrología (cursos de agua y caudales) Mapas/Organismos Responsables
Meteorología (Precipitación, viento,
radiación solar)Mapas/Organismos Responsables
Geología/Hidrogeología Mapas
Topografía Mapas/Mediciones en terreno
Niveles de agua Mapas/Mediciones en terreno
Geología/Hidrogeología Mapas/Estudios específicos
Calidad del agua Mapas/Mediciones en terreno
Propiedades del Suelo/Flujo (K, T, S,
Sy, n)
Pruebas de bombeo/Literatura/Estudios
de Infiltración
Geología/Litología Sondajes/Geofísica
Propiedades del Suelo/Transporte
(densidad, dispersividad, Kd)
Pruebas de Laboratorio/Pruebas con
Trazadores/Literatura
Química de Suelos Análisis químicos
Niveles de aguaMapas/Mediciones en terreno/Red de
Monitoreo
Características contaminanteLiteratura/Datos de Laboratorio/Datos
de Terreno
Datos Generales Zona de Estudio
Datos Específicos Zona de Estudio
Datos Subsuperficie
52
La construcción del modelo necesita los siguientes datos: la extensión del dominio (horizontal y
vertical) y la estructura de las capas, para definir la geometría del modelo; las propiedades del
sistema, como conductividad hidráulica, porosidad, dispersión, densidad neta del suelo, etc.;
información sobre las fronteras del modelo, como localización, valores, dependencia del tiempo,
etc.
Las condiciones de borde usuales son: ríos y lagos, drenes y sistemas de drenaje, divisoria de aguas
subterráneas, etc.
En la construcción del modelo se deben considerar las acciones externas: recarga y la extracción. La
recarga se obtiene mediante el balance hídrico. Además de la recarga por precipitaciones, debe
evaluarse el volumen recargado por riego, perdidas de agua potable o residual, y toda otra recarga
de importancia. La extracción de agua debe obtenerse por inspección del área y realización de
encuestas. Todo este proceso debe ser cuidadoso, de modo de obtener un valor lo más realista
posible. Debe apuntarse la distribución temporal de la extracción con precisión.
Finalmente viene la calibración y la validación del modelo. En la calibración se ajustan o modifican
los parámetros del modelo hidrogeológico, para que los resultados del modelo reproduzcan
variables de estado medidas en terreno. En la validación se opera el modelo con los parámetros
determinados en la calibración y se verifica la reproducción de los datos históricos.
Los parámetros de una calibración de un modelo de flujo son: conductividad hidráulica, coeficiente
de almacenamiento, tasas de recarga, condiciones de borde. Los parámetros de una calibración de
un modelo de transporte son: ubicación de fuentes, dispersividad, coeficiente de difusión,
coeficiente de adsorción, tasa de degradación.
Luego de completar el modelo hidrogeológico se debe realizar un análisis de sensibilidad del
modelo, para la cual se deben analizar los siguientes aspectos: supuestos del modelo, datos básicos
usados, efecto de pequeñas variaciones en los datos de entrada, etc.
Si la validación y el análisis de sensibilidad son satisfactorios se acepta el modelo, de no ser así se
vuelve a la etapa de calibración y se repite el proceso.
Etapa C
Luego de completar el modelo se lo puede utilizar para evaluar diferentes situaciones de interés. Se
pueden simular distintos escenarios hidrológicos (secos, húmedos, etc.), aumento de uso de recursos
hídricos, etc.
53
3.3 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Flow.
2. AGUIRRE IGOR. Estudio Hidrogeológico del Valle del Rio Copiapo, Segmento Embalse
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5. ESPINOZA CARLOS. Apuntes curso CI51K Hidráulica de Aguas Subterráneas y su
Aprovechamiento. Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile. 2009.
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Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile. 2004.
7. ESPINOZA CARLOS, RAMIREZ JORGE. Análisis Comparativo de Técnicas de
Evaluación de Vulnerabilidad de Acuíferos. Aplicación a la Zona Norte de la Ciudad de
Santiago.
8. Estudio Hidrogeológico en las Subcuencas de Los Hules, Tinajones y Caño Quebrado.
Panamá. 2004.
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Chunchos.
10. Evaluación Hidrogeológica Preliminar Cerro Negro Norte. 2007.
11. EDWARDS D.A., LAWRENCE R.W. Hydrogeological Site Characterization in a Acid
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Advanced Study Case. Hungary. 2003.
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Hidrogeológica y Evaluación de la Sustentabilidad del Acuífero Transfronterizo del rio San
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Sonora. Mexico. 2007.
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16. KUMA JERRY, YOUNGER PAUL, BOWELL ROB. Expanding the Hydrogeological
Base in Mining EIA Studies. KNUST School of Mines. England. 2002.
54
17. KWONG JOHN. Mine Water Hydrogeology and Geochemistry. London. 2002.
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I de Castellon. 2005.
19. Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad de Acuíferos Establecido en la
Norma de Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Subterráneas. Dirección General de
Aguas, Departamento de Conservación y Protección de Recursos Hídricos. Santiago, 2004.
20. MARRERO RAYCO. Modelo Hidrogeoquimico del Acuífero de Las Cañadas del Teide,
Tenerife, Islas Canarias. Tesis Doctoral. Barcelona. 2010.
21. MARTINEZ J., RUANO P. Aguas Subterráneas, Captación y Aprovechamiento. Primera
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22. PEREZ LUIS. Gestión de Recursos Hídricos. Segunda Edición. Barcelona. 2002.
23. PINTOS OSCAR. Apuntes Curso Hidroqumica y Contaminación. Departamento de
Geología. Universidad Complutense de Madrid. 2002.
24. RAPANTOVA NADIA, GRMELA ARNOST, VOJTEK DAVID. Groundwater Flow
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25. REBOLLEDO, Sofía. Apuntes Curso GL41B Geología Estructural. Departamento de
Geología, Universidad de Chile. 2004
26. VEN TE CHOW, Hidrología Aplicada.
27. ZONJE INGENIERIA y GEOFISICA. Informe Final Estudio Transiente Electromagnético
(TEM) en el Proyecto Quilmenco IV Región Chile.
55
4. METODOLOGIAS PARA REALIZAR LA EVALUACION DE
LOS IMPACTOS GENERADOS EN LA COMPONENTE
HIDROGEOLOGICA
4.1 EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL
La evaluación de impacto ambiental (EIA) corresponde a un proceso de análisis que permite
identificar, predecir y cuantificar los efectos ambientales que son atribuibles a la construcción,
operación o abandono de un proyecto o actividad.
En general la EIA permite prevenir los impactos a la población y al medio ambiente. En especial,
los impactos de tipo irreversible o de larga duración y los que produzcan problemas de degradación
de los recursos naturales, fenómenos de contaminación o de deterioro del ambiente construido.
Como resultado de una EIA, un proyecto puede resultar no factible de ejecutar.
En nuestro país, la Ley N° 19.300 de Bases del Medio Ambiente, artículos 8° al 25°, se define el
Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA), la cual deben someterse todos los proyectos
o actividades susceptibles de causar impacto ambiental, en cualquiera de sus fases.
Conforme al artículo 24° de esta ley, si la EIA no es aprobada por el Servicio de Evaluación
Ambiental (SEA) de la región donde se ubica el proyecto, las demás autoridades administrativas
con competencia para resolver sobre autorizaciones o permisos del proyecto, quedaran obligadas a
denegarlos, en razón de su impacto ambiental27
.
De acuerdo con la Ley 19.300, el impacto ambiental es “La alteración del medio ambiente,
provocada directa o indirectamente por un proyecto o actividad en un área determinada”.
En la construcción, operación o abandono de un proyecto se producen efectos, atribuibles a sus
actividades o acciones, algunos de los cuales corresponden a externalidades o que están fuera de su
objetivo económico, que pueden corresponder a impactos ambientales.
La EIA es un estudio científico cuya finalidad es determinar los impactos en el medio ambiente
atribuibles sólo a la construcción, operación o abandono de un proyecto1.
En el presente trabajo de titulo se elaboraran metodologías para realizar la EIA de un proyecto
minero de sulfuros de cobre, enfocándonos sólo en la componente hidrogeológica de la zona donde
se ubica el proyecto.
La Figura 4.1 muestra la metodología empleada en Chile para llevar a cabo una EIA. Se empleará
esta metodología general para abordar la evaluación de la componente hidrogeológica del proyecto
de sulfuros de cobre.
27
KALINSKI Enrique, Apuntes del Curso “Evaluación de Impacto Ambiental”. Año 2009. Departamento de
Ingeniería Civil. Universidad de Chile.
56
Figura 4.1 Esquema Metodológico de Evaluación de Impacto Ambiental Fuente: Elaboración Propia basada en Metodologías propuestas en diversos EIAs presentados en Chile.
Las fuentes potenciales de impacto ambiental corresponden a todas aquellas actividades u obras
desarrolladas por el proyecto en cualquiera de sus etapas, que pudieran tener un efecto sobre uno o
más de los componentes ambientales identificados en el área de influencia. En el capítulo 2 del
presente trabajo de titulo se describen las actividades y obras del proyecto que pueden generar
efectos ambientales, tanto en la etapa de operación como de cierre.
La identificación de los elementos potencialmente afectados de la zona de ubicación del proyecto,
corresponde a la caracterización del área. Estos elementos son descritos en el capítulo 4 del presente
Trabajo de Titulo.
En base al análisis de las actividades del proyecto y los elementos del medio ambiente susceptibles
de ser afectados (puntos 1 y 2 en la Figura 4.1), se identifican los eventuales impactos ambientales
que se podrían generar.
Posteriormente se realiza la descripción de los impactos identificados en la etapa anterior. Dicha
descripción considera por una parte, las características de los elementos del medio ambiente
descritos en la etapa 2, y por otra, la naturaleza de las actividades del proyecto descritas en la etapa
1.
Finalmente se realiza la calificación de los impactos descritos. Para esto se analizarán y propondrán
diversas metodologías.
57
Como ya se indicó las etapas 1 y 2 de la Figura 4.1 corresponden a los Capítulos 2 y 4 de este
Trabajo de Titulo. En el presente Capitulo se desarrollaran las etapas 3, 4 y 5.
4.2 IDENTIFICACIÓN DE IMPACTOS AMBIENTALES POTENCIALES
En el capítulo 2 del presente Trabajo de Titulo se describieron los procesos involucrados en la
extracción de sulfuros de cobre y se identificaron los principales aspectos ambientales en la
componente hidrogeológica de la zona donde se ubicara el proyecto. La Tabla 4.1 muestra un
resumen de los aspectos ambientales identificados.
Tabla 4.1 Principales Aspectos Ambientales en la Componente Hidrogeológica
Aspectos Ambientales en la Componente Hidrogeológica
Rajo
Disminución de Niveles por Desaguado de la Mina
Drenaje Acido en las Paredes del Rajo
Inundación del Rajo Post Minado
Planta Concentradora Residuos Industriales Líquidos
Uso del Agua Disminución de Niveles por Extracción del Agua
Deposito de Relaves Drenaje Acido
Infiltraciones desde el Depósito de Relaves
Deposito de Estériles Drenaje Acido
Infiltraciones desde el Depósito de Estériles Fuente: Elaboración Propia
Cada uno de estos aspectos ambientales puede generar potenciales impactos dependiendo de cómo
se superponen con la hidrogeología de la zona. Se confecciono la siguiente lista que muestran
distintos impactos potenciales que pueden generarse por estos aspectos.
Tabla 4.2 Impactos Ambientales Potenciales
Aspecto Identificado Impactos Potenciales
Disminución de Niveles (por desaguado y por
extracción de agua)
- Reducción del agua disponible en
humedales (vegas, bofedales, etc).
- Alteración de la recarga y descarga en
ríos, lagos y lagunas.
- Reducción agua disponible en pozos de
terceros.
- Impactos en la calidad del agua.
- Intrusión Salina
Inundación del Rajo Post Minado - Formación de un Lago de Mina (Open
Lake)
Generación de Drenaje Acido (en paredes del
rajo, botaderos de estériles y depósitos de
relaves)
- Afecta la calidad de aguas subterráneas
y superficiales.
- Afectación de ecosistemas acuáticos
como humedales.
- Deterioro de calidad de agua de mina,
limitando su uso en procesos.
- Dificulta procesos de revegetación y
estabilización de residuos mineros.
Infiltraciones al acuífero (desde botaderos de
estériles y depósitos de relaves)
- Contaminación del acuífero por la
infiltración de aguas. Fuente: Elaboración Propia
58
4.3 DESCRIPCIÓN DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES POTENCIALES
A continuación se realizará la descripción de los impactos ambientales más importantes de los
identificados en la sección anterior. Primero se describirá como se produce el aspecto ambiental
asociado para luego analizar el impacto generado.
4.3.1 Disminución de Niveles de Agua Subterránea
4.3.1.1 Generalidades
Tanto el desaguado del rajo de la mina, como la extracción de agua para usarla en los procesos de
minería causan el mismo aspecto ambiental: la disminución de los niveles de la napa subterránea.
El desaguado de una mina se hace cuando el acuífero está a una altura superior que a la profundidad
del rajo abierto. Cuando la mina se encuentra operativa, el agua de mina debe ser continuamente
sacada del rajo para facilitar la extracción de mineral. Alternativamente, el agua puede ser
bombeada de pozos alrededor de la mina para crear un cono de depresión en el nivel de aguas
subterráneas.
Conceptualmente las consecuencias de la disminución de la napa producto del bombeo de agua de
las minas son las mismas que las causadas por el bombeo de agua subterránea para otros propósitos
(por ejemplo, abastecimiento publico de agua) y por lo tanto puede ser analizado de manera similar
en términos generales28
.
Con respecto a la extracción de agua, esta ocurre para poder obtener la cantidad de agua necesaria
para poder llevar a cabo los procesos mineros. No siempre se realiza bombeo, ya que a veces las
mineras obtienen el agua de otras fuentes, como flujos superficiales o desalinización de agua de
mar. En el caso que se recurra a la extracción de agua subterránea, las cantidades a bombear suelen
ser muy elevadas, ya que los requerimientos de agua suelen ser altos, en especial en el proceso de
concentración de minerales, como se explicó en el Capítulo 2 del presente Trabajo de Título.
Tal como el desaguado de la mina, los bombeos para obtener agua para los procesos mineros tienen
las mismas consecuencias que otros bombeos, por lo que se puede analizar de manera similar en
términos generales.
Según Theis (1940), cualquier extracción de agua subterránea encontrará la combinación de alguna
de estas tres respuestas:
- Un decrecimiento del volumen de agua subterránea como almacén natural.
- Una reducción en la tasa de recarga de agua subterránea.
- Una reducción en la tasa de descarga natural de agua subterránea.
La peculiaridad de los sistemas de bombeo de mina recae en la maximización de la primera
respuesta, la cual se manifiesta en una disminución de la napa freática.
Cuando existe un exceso de extracción de agua subterránea, afectando a las reservas permanentes,
se habla de sobreexplotación del acuífero. En la sobreexplotación se supera con amplitud y durante
28
ERMISA. Impactos Mineros en Sistemas de Agua Dulce: Guía Técnica y de Manejo para la Gestión a
Nivel de Cuenca. Agosto 2006.
59
largos lapsos a la magnitud de las reservas renovables (recarga), disminuyendo el potencial
hidráulico, lo que se manifiesta por un descenso apreciable en los niveles piezometricos.
La disminución de los niveles de agua subterránea puede generar diversos impactos en el entorno, si
es que existen componentes que dependan de los niveles piezométricos. Por ejemplo, si existe un
humedal que se alimente de agua subterránea en la zona, esté se verá afectado por una disminución
de los niveles. También pueden verse afectados pozos cercanos si disminuyen los niveles. Respecto
a este último punto hay que considerar que en nuestro país la Dirección General de Aguas otorga
derechos de agua a los pozos existentes, y que los derechos otorgados son tales que impidan la
sobreexplotación del acuífero, por lo que no se puede bombear más agua de los pozos que la que
indica el derecho otorgado. Ahora bien, esto no rige para el caso del agua de desaguado del rajo, por
lo que el bombeo de esta, si es muy alta, podría generar una sobreexplotacion en el acuífero y
afectar a los pozos cercanos.
En la Figura 4.3 se esquematiza el concepto de sobreexplotación mediante un procedimiento
comparativo respecto la Figura 4.2 que representa un estadio previo de explotación.
Figura 4.2 Fase 1 Explotación Fuente: AUGE Miguel. Agua Subterránea: Deterioro de calidad y reserva. Año 2006. Buenos Aires.
60
Figura 4.3 Fase 2 Sobreexplotación
Fuente: AUGE Miguel. Agua Subterránea: Deterioro de calidad y reserva. Año 2006. Buenos Aires.
La sobreexplotación esquematizada en esta fase, además de la disminución de la reserva (Aa),
origina un descenso mayor del nivel dinámico o de bombeo (s2>>s1), un incremento de la
velocidad de flujo (v2>>v1) y un aumento en el área afectada por la extracción (Ri2>>Ri1),
respecto a la fase de explotación inicial.
En la práctica resulta muy difícil cuantificar el límite por encima del cual la explotación se
transforma en sobreexplotación. Esto debido a que este caudal no solo debe estar en equilibrio con
la recarga, cuya cuantificación es complicada, sino que además no debe generar otros efectos
indeseables como salinización, contaminación e interferencias.
4.3.1.2 Metodología para determinar si disminuirán los niveles de agua
El primer paso en el análisis es determinar si el bombeo producirá descensos significativos en los
niveles de agua, susceptibles de generar impactos ambientales importantes. Para el caso del
desaguado del rajo, luego de revisar diversas información sobre el tema, se proponen los siguientes
pasos (Figura 4.4) para poder determinar la ocurrencia o no de un descenso de niveles
significativos.
61
Figura 4.4 Diagrama para determinar si habrá descensos significativos Fuente: Elaboración Propia
Primero se deben determinar los niveles preoperacionales de agua subterránea. Esta información se
obtiene previamente en la caracterización hidrogeológica (ver Capitulo 3). Además se debe conocer
el detalle del proyecto, específicamente la profundidad máxima que alcanzará el rajo abierto. Esta
profundidad máxima se compara con los niveles de agua subterránea para determinar si es necesario
realizar desaguado de la mina o no. Si la profundidad del rajo excede a la profundidad de ubicación
de la napa subterránea, entonces se deberá proceder al bombeo en el momento en que la
profundidad del rajo sobrepase a la napa, de modo de evitar que este se llene de agua.
En caso que sea necesario desaguar el rajo, se debe determinar la cantidad de agua que debe ser
bombeada para lograr que el rajo se mantenga seco. El caudal de agua bombeada corresponderá al
caudal de agua que está ingresando por las paredes del rajo desde el acuífero. Para estimar este
caudal se deben conocer parámetros relacionados con el acuífero. Existen distintos métodos para
determinar este caudal.
Para determinar el caudal que ingresa por las paredes del rajo abierto, se deben conocer todas las
unidades hidrogeológicas que son cortadas por la construcción del rajo. Estas unidades pueden ser
una o muchas, y cada una tendrá características y parámetros propios, por lo que ingresaran
caudales distintos por cada una de ellas. Se describirán a continuación 4 metodologías para
determinar los flujos entrantes al rajo desde las distintas unidades hidrogeológicas.
Método de Dupuit: para flujos estacionarios en dos dimensiones, desarrollado para
acuíferos no confinados. Esta fórmula entrega un caudal (Q) por metro lineal. La formula
de Dupuit es:
62
L
hHKQ e
2
22
Donde:
Q: caudal (Q) por metro lineal
H: Espesor saturado medio (m)
he: Altura del talud saturado (m)
L: Radio de influencia del drenado (m)
K: Permeabilidad (m/s)
El caudal total entrante al rajo esta dado al multiplicar el caudal lineal Q por el perímetro
del rajo P.
Formula de Darcy: para el cálculo de los flujos subterráneos entrantes al rajo desde
acuíferos confinados. La formula de Darcy es:
L
hHDKQ e
Donde:
Q: caudal (Q) por metro lineal
H: Carga del medio saturado (m)
he: Altura del talud saturado (m)
L: Radio de influencia del drenado (m)
K: Permeabilidad (m/s)
D: Espesor del medio saturado cautivo (m)
Ambos métodos corresponden a estimaciones estacionarias de flujo subterráneo que
suponen un acuífero horizontal y un límite de influencia de los descensos (L) definido por
el estado de equilibrio entre la recarga y la descarga del sistema hídrico subterránea.
Método de Maximov: solución analítica para el caudal de agua subterránea hacia un pozo
de gran diámetro basada en la ecuación de Dupuit para flujo radial en régimen permanente a
un acuífero no confinado completamente penetrante. La formula es:
Donde:
Q = Caudal entrante de agua subterránea a un rajo abierto (m3/día)
K = Conductividad hidráulica (m/día)
H = Nivel de agua subterránea (m) (cuando no está confinado = espesor saturado)
s = Descenso en el rajo (m)
R = Radio de influencia (m)
ro= Radio reducido del rajo abierto (m)
Tenemos que:
63
A = área abierta del rajo (m2)
Este método supone que el nivel de agua subterránea en el acuífero circundante se mantiene
constante durante y después de la explotación minera. En realidad, parte del agua existente
en el acuífero drenará hacia el rajo y el nivel de agua subterránea descenderá, en especial en
zonas donde la recarga es limitada, de manera que el término H de la ecuación anterior no
es verdaderamente constante.
Modelación Hidrogeológica: Por otro lado para evaluar los descensos producidos por el
drenaje de un rajo sobre las unidades hidrogeológicas cortadas por este, se puede usar la
modelación numérica de elementos finitos en régimen transiente. Con la modelación es
posible realizar predicciones sobre la cantidad de agua subterránea que será bombeada y la
probable disminución en el nivel de la napa freática que se producirá producto de este
bombeo. Para modelar se usan técnicas numéricas, y es necesario recopilar información
para alimentar al modelo. En el capítulo 4 se describió el cómo realizar un modelo
numérico de este tipo. Este modelo es usado para determinar la respuesta del sistema a un
bombeo dado. Para esto se realizan distintas simulaciones con el modelo.. Como el objetivo
que se tiene es determinar cuánto descenderá la napa subterránea al extraer distintas
cantidades de agua, se corre el modelo considerando el agua que se desea sacar (la
necesaria para mantener seco el rajo y para realizar los procesos mineros). El modelo
entregara los descenso de la napa, y el si afectará a alguna unidad del sistema hídrico de la
zona de estudio (por ejemplo algún rio).
Con el fin de determinar si el caudal bombeado producirá una disminución importante en la napa,
conviene desarrollar una extensa red de monitoreo de pozos y piezómetros para determinar la
disminución real de la extensión vertical y lateral de niveles de agua.
Otro punto importante es definir que se hará con el agua bombeada. Para esto hay que considerar
dos puntos importantes: primero la calidad de las aguas de mina bombeadas, y segundo la
compatibilidad entre los efluentes de la mina y los cursos de agua que los reciben.
Con respecto a lo primero, tenemos realidades hidrogeológicas en donde el sistema de bombeo
entrega aguas de mala calidad, el plan de drenaje debe abordar el diseño, implementación y
monitoreo de un tratamiento de las aguas de mina. En el tema de tratamiento de aguas, existe la
tecnología de “Tratamiento Pasiva” que es un método con buenos resultados y bajos costos a largo
plazo.
Con respecto al segundo punto, siempre es prudente investigar los temas de compatibilidad entre los
afluentes de la mina y los cursos de agua que los reciben, de modo de asegurar que29
:
- La cantidad de agua descargada al rio no cambie el régimen hidráulico.
- El nuevo caudal no incremente la velocidad de agua y produzca erosión.
- La mezcla del efluente de agua de mina con el agua de rio no altere el balance
geoquímico del curso de agua, de tal manera que se produzca la disolución de los
contaminantes inmovilizados.
29
ERMISA. Impactos Mineros en Sistemas de Agua Dulce: Guía Técnica y de Manejo para la Gestión a
Nivel de Cuenca. Agosto 2006.
64
4.3.1.3 Impactos potenciales que pueden ser generados por la disminución de los niveles de
agua subterránea
La extracción de agua subterránea mediante pozos de bombeo causará efectos negativos si se
sobreexplota. La sobreexplotación ocurre cuando el bombeo es mayor que la recarga, lo que implica
una reducción en los niveles que presenta la napa freática.
La reducción del nivel de la napa freática, puede generar diversos impactos entre los cuales están:
- Disminución de los flujos de agua en los ríos, quebradas, humedales y lagos.
- Disminución de la napa freática cerca de las fuentes de agua para consumo humano o de los
pozos de irrigación, produciendo como consecuencia un mayor bombeo (y sus costos) e
incluso el agotamiento de los pozos.
- Subsidencia del terreno.
- Alteración calidad del agua superficial o subterránea, si el agua bombeada de la mina es de
mala calidad y es descargada al ambiente natural sin tratamiento previo.
Los impactos pueden durar por décadas. Mientras ocurre el bombeo para retirar el agua, la descarga
del agua bombeada, después de un tratamiento adecuado, puede por lo general ser usado para
mitigar efectos adversos en las aguas superficiales. Sin embargo, cuando cesa el bombeo de agua,
los conos de depresión pueden tomar décadas en recargarse y pueden continuar reduciendo los
flujos de agua.
La explotación de una captación del tipo pozo produce una depresión del nivel de agua en su
entorno que tiene la forma de un cono invertido y se conoce como Cono de Depresión con el ápice
invertido y situado en el pozo, donde es mayor la depresión del nivel del agua. En la misma medida
que nos distanciamos del pozo sometido a bombeo la depresión disminuye y llega a ser cero en un
círculo cuyo radio se llama Radio de Influencia. Esta superficie, no siempre circular, define el área
mas allá de la cual la explotación del pozo no produce efecto alguno, para un determinado tiempo
de bombeo. Este concepto es importante pues una captación no tiene efecto alguno sobre fuentes,
superficiales y subterráneas, que se encuentren mas allá de dicho radio.
El Radio de Influencia es un elemento dinámico; si la captación se explota en forma continua y
permanente al comienzo avanza rápido una vez iniciado el bombeo pero luego el avance es
progresivamente más lento en la misma medida que avanza el tiempo ya que es función del
logaritmo del tiempo y no es función lineal de él.
Las características del acuífero determinan la forma que tomará el Cono de Depresión. Si el
acuífero tiene un mayor coeficiente de almacenamiento, los descensos serán menores ya que el
acuífero proporciona más agua, por lo que el cono seria menor. Si el acuífero tiene una mayor
transmisividad, la pendiente necesaria para que el agua circule será menor.
A continuación se analizaran los impactos más significativos.
4.3.1.3.1 Interferencia Pozo – Acuífero
La disminución de los niveles de agua subterránea puede afectar las captaciones de pozos ubicados
cerca de la zona del proyecto. Estos pozos pueden ser fuentes de agua potable para consumo
humano o fuentes de agua de riego, por lo que si sus captaciones se ven reducidas se puede producir
un impacto.
65
La disminución de los niveles de agua subterránea reduce el rendimiento de estos pozos cercanos, e
incluso pueden secarse cuando el nivel de agua subterránea cae por debajo de la profundidad del
pozo.
En algunos casos, la sobreexplotación de acuíferos puede provocar el abandono de pozos por
problemas de calidad o de cantidad. Cuando el nivel piezométrico baja demasiado, algunos pozos
pueden reducir su caudal, y llegar a provocar su abandono, por ejemplo si el diámetro final de la
obra no es el adecuado como para permitir su reprofundización. Hay casos donde la necesidad de
abandono es más evidente como es el caso del vaciado del acuífero, o cuando el nivel se sitúa en
áreas muy escasamente productivas.
4.3.1.3.2 Interferencia Pozo – Rio y Manantiales
Un rio es una corriente de agua que se mantiene en permanente movimiento (no estancada) y que se
conecta con otro cursos de agua mayores, como lagos, mares, otros ríos, etc. Un manantial es una
fuente natural de agua subterránea que emerge espontáneamente de la superficie de la tierra. Ambas
fuentes de agua suelen estar en contacto con el acuífero.
La interacción entre un rio y un acuífero puede tomar tres formas básicas: las corrientes pueden
ganar agua desde el acuífero a través del lecho del rio (corriente ganadora, Figura 4.5), las
corrientes pierden agua hacia el acuífero a través del lecho del rio (corriente perdedora, Figura 4.6),
o pueden hacer ambas cosas, ganar en algunos tramos y perder en otros. Para que se produzca una
descarga de agua subterránea en un corriente, la posición del nivel del agua en el acuífero debe ser
mayor que el nivel del rio. Por el contrario, para que la corriente drene hacia el acuífero, la
elevación del nivel del agua en el acuífero debe ser menor que la altura de la superficie del agua en
el rio.
Figura 4.5 Esquema conceptual en un sistema rio acuífero de a) corrientes ganadoras y b)
corrientes perdedoras. Fuente: ESTRADA Oscar. Modelación acoplada de aguas superficiales y subterráneas para la gestión conjunta del recurso hídrico. 2009.
El bombeo de agua subterránea puede causar cambios en los caudales de los ríos. La captación de
agua en acuíferos que están directamente conectados a cuerpos de agua superficiales tiene un efecto
significante sobre la dinámica del agua en el sistema. Los efectos del bombeo de un pozo individual
o de un pequeño grupo de pozos sobre el régimen hidrológico son de escala local. Sin embargo, los
efectos de muchos pozos explotando un acuífero con altas tasas de bombeo podrían tener impactos
a escala regional.
Un sistema de agua subterránea bajo condiciones previas de explotación se encuentra en un estado
de equilibrio dinámico, donde la recarga es igual a la descarga de agua subterránea a la corriente. Si
se instalan pozos y se bombea continuamente a una tasa Q1 se alcanza un nuevo estado de equilibrio
66
dinámico, donde el flujo de entrada al sistema de agua subterránea por recarga será igual a la
descarga hacia el rio más la captación del pozo. En este nuevo equilibrio, una parte del agua
subterránea que hubiera sido descargada a la corriente es interceptada por el pozo, y se establece
localmente una divisoria de aguas subterráneas entre el pozo y el rio, la cual es una línea que separa
las direcciones de flujo (Figura 4.6). Si el pozo bombea a una tasa Q2 mucho mayor, después de
cierto tiempo se alcanza un nuevo estado de equilibrio. Para esta condición, la divisoria de agua
subterránea entre el pozo y el rio desaparece, y el bombeo de agua subterránea induce el
movimiento del agua del rio hacia el acuífero. De esta forma, el bombeo reversa la condición
hidrológica de la corriente en ese tramo, pasando de recibir la descarga de agua a recargar al
acuífero.
Figura 4.6 a) Bombeo cerca del cauce intercepta parte del agua subterránea que descarga en
el rio y b) Tasas mayores de bombeo cerca del rio inducen recarga del acuífero Fuente: ESTRADA Oscar. Modelación acoplada de aguas superficiales y subterráneas para la gestión conjunta del recurso hídrico. 2009.
Con respecto a los manantiales, como estos corresponden a surgencias de agua subterránea, es
evidente que al disminuir los niveles disminuirá el agua que surge, llegando incluso a desaparecer el
manantial.
La Figura 4.7 muestra como se produce una interacción entre el acuífero y un rio y un manantial en
condiciones sin sobreexplotación. La Figura 4.8 muestra el efecto que tiene el bombeo excesivo en
los niveles y como se modifica la interacción anterior.
Figura 4.7 Surgencia Natural e Interacción Rio-Acuífero
Fuente: AUGE Miguel. Agua Subterránea: Deterioro de calidad y reserva. Año 2006. Buenos Aires.
67
Figura 4.8 Perdida de la Surgencia Natural y de la Interacción Rio-Acuífero
Fuente: AUGE Miguel. Agua Subterránea: Deterioro de calidad y reserva. Año 2006. Buenos Aires.
4.3.1.3.3 Interferencia Humedal – Acuífero
Los humedales son áreas de transición entre sistemas acuáticos y terrestres, frecuentemente
inundadas o saturadas de aguas superficiales o subterráneas, durante un periodo de tiempo
suficiente como para que crezca un tipo de vegetación especialmente adaptada a vivir en estas
condiciones (vegetación hidrofilica). Un humedal es un ecosistema que depende de una inundación
o saturación somera, constante o recurrente, en la superficie del sustrato o en su cercanía.
Hay tres parámetros que nos ayudan a identificar un humedal: el suelo, la hidrología y la
vegetación. El suelo se compone primordialmente de sedimentos anaeróbicos y dependen del nivel
de inundación y saturación del suelo. La hidrología es esencial y varia en el tiempo y en el espacio,
dependiendo de la precipitación, descargas, etc. El otro indicador es la vegetación, quizá el
indicador más usado. La vegetación típica son las plantas hidrofiticas, las cuales poseen unas
adaptaciones morfológicas o fisiológicas que permiten crecer y sobrevivir en agua o en suelos que
periódicamente se encuentran en condiciones anaeróbicas.
Dentro de un humedal se pueden desarrollar distintas formaciones vegetales como las vegas y
bofedales. Un bofedal es un humedal de altura (sobre 3500 metros) y se considera una pradera
nativa poco extensa con permanente humedad. Las vegas son humedales a menor altura (bajo 3500
metros).
Los humedales son áreas de especial importancia por los beneficios que producen, tanto desde el
punto de vista naturista, como económico y estético, lo que se basa en: muy alta producción de
materia orgánica, gran diversidad de especies animales y vegetales, efectos beneficiosos sobre el
ciclo del agua, ya que favorecen la disminución de la irregularidad de las aportaciones, la retención
de nutrientes, la mejora y regularización de la calidad del agua, etc.
Los humedales pueden depender de aguas superficiales, de aguas subterráneas, de agua de mar,
lluvias, etc. Los que dependen del agua subterránea manifiestan una gran diversidad de formas,
hábitats y salinidades. Son áreas de descarga de agua subterránea que corresponden a sistemas de
flujo locales, intermedios o regionales.
68
La interacción que se dé entre el agua subterránea y los humedales dependerá de las condiciones
geológicas locales. El hecho de que exista un acuífero en una zona donde hayan humedales no
quiere decir que el acuífero este alimentando al humedal, o que el humedal recargue al acuífero. El
margen de interacción existente dependerá de la permeabilidad de las rocas o sedimentos que
separan al humedal del acuífero. Existen tres opciones de posible interacción.
- Cuando son rocas impermeables (acuicludo) las que recubren el acuífero, por lo que el agua
no puede moverse verticalmente hacia arriba ni hacia abajo, y se dice que el acuífero esta
confinado. En este caso, el humedal y el acuífero están hidrológicamente separados y no
habrá intercambio de agua.
- Cuando son rocas o sedimentos de baja permeabilidad (acuitardo) las que recubren el
acuífero, es posible una interacción, pero los ritmos de movimiento serán lentos y las
cantidades de agua desplazadas serán escasas.
- Cuando el acuífero y el humedal están separados por rocas de alta permeabilidad o no están
separados se tiene un contacto directo y el grado de interacción puede llegar a ser alto.
La interacción entre aguas subterráneas y humedales puede variar dentro de cada humedal, y entre
distintos humedales, aunque estén cercanos.
En caso de existir movimiento de agua entre un acuífero y un humedal, ésta puede expresarse de
dos formas, dependiendo de la dirección del movimiento del agua. La corriente ascendente de agua
del acuífero al humedal, denominada descarga de aguas freáticas, y la corriente descendente del
humedal al acuífero, denominada recarga de aguas freáticas.
La descarga se produce cuando el nivel de las aguas subterráneas se encuentra por encima del nivel
del agua del humedal. La recarga tiene lugar cuando el nivel del agua del humedal está por encima
del de las aguas subterráneas.
De acuerdo con ésto, tenemos que los vínculos funcionales entre las aguas subterráneos y los
humedales dependen de la geología (presencia de un acuitardo o acuicludo) y de los niveles
relativos del agua en el humedal y en el acuífero. Esta interacción puede variar con el tiempo y el
espacio.
El impacto primario de la explotación de agua subterránea sobre los humedales que dependen de
estos recursos, es la disminución de la descarga de agua subterránea, y el descenso del nivel
freático. Esto reduce la entrada de agua al humedal, y en algunas áreas el nivel freático y la franja
capilar pueden quedar por debajo de la profundidad de las raíces de las plantas que son incapaces de
seguir la profundización de su fuente hídrica. El resultado es la reducción del humedal y de la
superficie de freatofitas. En casos extremos pueden desaparecer por completo. Todos estos procesos
son lentos y diferidos. La escala de tiempo se mide en unidades de L2/D, siendo L la dimensión
lineal del acuífero afectado y D la difusividad hidráulica, la cual es el cociente entre la
transmisividad y el coeficiente de almacenamiento.
El impacto real de la explotación del agua subterránea a menudo resulta enmascarado por las
fluctuaciones naturales o los cambios en la forma y distribución de la extracción, además de la
evolución lenta y a largo plazo. Los cambios pueden pasar desapercibidos a corto plazo, incluso
para explotación intensiva. Esto hace que sea importante prever la evolución futura a partir de
observaciones al poco inicio de la explotación. Solo es posible deducir impactos a partir del
comportamiento conocido de otros humedales que dependen del agua subterránea si hay semejanza
real. Es necesario efectuar cálculos, los que se apoyan en modelación numérica. Estos cálculos
69
deben actualizarse y mejorarse a medida que avanza la explotación y se van obteniendo nuevos
datos, en situaciones diferentes.
La respuesta de las plantas a la disminución de la disponibilidad de agua subterránea puede
retrasarse, ya que pueden resistir la falta de agua durante ciertos periodos si se trata de la
fluctuación natural a la que están aclimatadas. Pero una tendencia al descenso del nivel freático
supone que los periodos de falta de agua se hagan progresivamente más largos, incluso si la planta
es capaz de extender sus raíces hacia abajo. El estrés hídrico puede hacer que la planta sea menos
resistente a enfermedades y ataques externos, hasta que finalmente perezca.
4.3.1.3.4 Alteración Calidad del Agua: Intrusión Salina
El impacto más común de la explotación mal controlada de los acuíferos, en la calidad del agua,
particularmente en las zonas costeras o cercanas a salares, es la intrusión. A medida que baja el
nivel freático, puede invertirse la dirección del flujo, y la interfaz entre el acuífero y las aguas
salinas avanzará así tierra adentro. El efecto de la intrusión salina en la mayoría de los tipos de
acuíferos es casi irreversible. Una vez que la salinidad se ha difundido en el agua alojada en los
poros de la matriz de grano fino del acuífero, su elución llevará décadas o siglos, incluso si se
restablece un flujo de aguas dulces subterráneas hacia la costa.
La intrusión salina puede ocurrir en zonas próximas a mares y a salares. Un salar se define como
una costra formada por depósitos salinos, saturada de agua de elevada concentración de sales
(salmuera). Muchos acuíferos ubicados en regiones costeras y en regiones próximas a salares
vierten sus aguas hacia el mar o el salar, generando un equilibrio entre el agua dulce y salada que,
en condiciones naturales, solo sufre modificaciones en el largo plazo.
Existe una diferencia de densidades entre el agua salada y el agua dulce. El agua de mar, por efectos
de la gravedad entra en el fondo del acuífero. El agua dulce va hacia el mar o el salar y el agua
salada va hacia la tierra o hacia fuera del salar. Esto origina una zona donde las dos entran en
contacto y se mezclan, esta zona se llama Zona de Dispersión.
Figura 4.9 Zona de Dispersión Instrusión Salina
Fuente: GARCIA-HUIDOBRO Felipe. Modelación Numérica Preliminar del Acuífero Costero de la Quebrada Los Choros. Memoria para optar al título de Geólogo. Universidad de Chile.
En la zona de contacto del agua salada y el agua dulce, existe difusión desde una zona hacia la otra,
además de dispersión hidrodinámica originada por el movimiento del agua normal a lo largo de la
interfaz. Todo esto hace que aparezca una zona de mezcla. Por otra parte, como la zona de mezcla
está en constante movimiento, existe un transporte de agua salada y salobre hacia el mar o salar.
70
Este movimiento es el que limita el espesor de la zona de mezcla, que es tanto menos gruesa cuando
mayor es el flujo de agua dulce hacia el mar o salar, y menores son los movimientos de la intefaz.
El movimiento del agua dulce induce, en la zona de mezcla, el movimiento del agua, y a su vez,
flujo desde el mar hacia el interior, o desde el salar hacia afuera, pero para que este flujo exista, es
necesario que haya un gradiente de energía. El nivel piezometrico del agua salada de mar en el
terreno es ligeramente inferior al del agua libre del mar.
La extracción produce un cambio en la potencia de agua dulce. Si se cambia el potencial de agua
dulce, debe cambiar el del agua salada para que se restablezca una nueva situación de equilibrio, sin
embargo estos movimientos son muy lentos, porque implican el movimiento de un volumen muy
grande de agua. Si las extracciones superan a la recarga, no es posible establecer un equilibrio, y el
agua de mar entra lenta pero progresivamente hasta alcanzar las captaciones. En los salares ocurre
lo mismo, el agua sale de los salares progresivamente hasta alcanzar las captaciones.
4.3.2 Inundación del Rajo Post Minado
Cuando las operaciones de minería a cielo abierto son abandonadas, sus huecos se rellenan de agua,
procedente sobre todo de aguas subterráneas y de escorrentías de las cuencas adyacentes. Así se
forman los llamados lagos de mina (open pit lake).
4.3.2.1 Generalidades
Durante las fases de actividad minera, el agua es controlada a través de una red perimetral o interna
de bombeo; de esta forma se mantienen los niveles de agua por debajo de la cota a la que se está
llevando a cabo la excavación y se evitan inundaciones en el rajo minero. Una vez que las
excavaciones han terminado y cesa el bombeo, los sistemas de aguas subterráneas tienden a
recuperar su nivel de base natural, produciéndose así una elevación en el nivel piezometrico de los
mismos. Esta recuperación permite que las aguas hasta entonces bombeadas rellenen el rajo dejado
por las labores de minería a cielo abierto, constituyendo de esta forma los Lagos de Mina.
Los lagos de mina se formarán a consecuencia de la entrada no solo de las aguas subterráneas, sino
también de aguas superficiales de escorrentía procedentes de las cuencas adyacentes y de la
precipitación directa sobre el lago.
A medida que la lámina de agua tiende a recuperase, ira poniéndose en contacto con las rocas que
constituyen los taludes. Estas rocas hasta este momento se encontraban expuestas a las condiciones
ambientales (condiciones oxidantes), sufriendo meteorización y procesos de alteración los
minerales constituyentes de las rocas, inestables en esas condiciones (en especial los sulfuros). En la
Figura 4.10 se pueden ver las diferentes etapas que se suceden en el proceso de formación de los
lagos de mina, desde que comienza la actividad minera hasta su fin.
71
Figura 4.10 Etapas de Formación de los Lagos de Mina Fuente: MIRANDA Teresa. Utilización de Sistemas Pasivos para Mejorar la Calidad de las Aguas en Lagos Mineros. Tesis Doctoral,
Universidad de Oviedo 2006.
Los lagos mineros, una vez formados, se convierten en complicados sistemas que interaccionan con
el entorno. Se van a seguir sucediendo en ellos una serie de procesos y reacciones que afectan la
química de las aguas.
Los lagos mineros presentan una diferencia importante con respecto a los lagos naturales: su
profundidad. Esta puede alcanzar varios órdenes de magnitud más que la de los naturales. Esto hace
que en muchos casos sufran procesos de estratificación y que sus características químicas varíen
verticalmente. Por ejemplo, el total de sólidos disueltos y la conductividad, son parámetros que se
incrementan con la profundidad. El hipolimnion (sustrato inferior) tiende a consumir el oxigeno
disuelto en presencia de materia orgánica. La existencia de esta capa prácticamente anóxica tiene
efectos importantes sobre las características químicas y biológicas, así como sobre su potencial de
remediación.
4.3.2.2 Impactos de un Lago de Mina
Se identifican dos impactos importantes asociados a un Lago de Mina. El primero tiene relación con
la calidad del agua del lago. El segundo tiene relación con el desequilibrio que produce en la zona
durante el tiempo que se está llenando.
72
Las características químicas que los lagos de mina presentan, dependen en general de la
composición de las aguas subterráneas locales, la composición de las rocas que lo albergan, la
química de la zona vadosa circundante y la calidad y cantidad de la escorrentía de la cuenca. Las
rocas que durante el desagüe del rajo estaban expuestas a condiciones oxidantes, al ser inundadas
sufren una serie de reacciones que influirán en gran medida en su futuro carácter ácido.
A pesar de que son los lagos con aguas ácidas lo que prevalecen, también hay documentados casos
de lagos con aguas neutras o incluso alcalinas30
. Si el lago está en contacto con una fuente de
carbonatos, esta puede neutralizar parte o toda la acidez producida por oxidación de la pirita y otros
minerales. Si el carbonato presente es suficiente para neutralizar toda la acidez producida por la
oxidación, las aguas del lago se volverán neutras o incluso alcalinas.
No solo el valor de la acidez supone problemas de calidad en sus aguas; los sulfatos, metales
disueltos y metaloides también pueden constituir un serio problema, incluso en lagos con aguas
alcalinas.
En general, que un lago minero presente buena calidad del agua dependerá de alguna de las
siguientes condiciones: baja disponibilidad de pirita, altas concentraciones de carbonatos y/o
frecuencia de entradas de materia orgánica y nutrientes inorgánicos.
En cuanto a los procesos de remediación natural de estos lagos ácidos, ha sido debida
frecuentemente a la acción de distintos tipos de bacterias reductoras de sulfatos (SRB, Sulfate
Reducting Bacteria). Estas son capaces de reducir los sulfatos a sulfuros haciendo descender las
concentraciones de los primeros. Si hay suficiente sulfato reducido en el sistema, los sulfuros
conseguirán precipitar. Si en el lago de mina se establecen las condiciones requeridas por las SRB,
entonces es posible mantener una buena calidad de las aguas a medio e incluso a largo plazo.
Para que los métodos que utilizan la reducción bacteriana de sulfatos sean eficaces, se deben
mantener dentro del lago unas condiciones anóxicas, bajo las cuales el sulfuro será la especie
dominante. Estas pueden ser establecidas mediante la adición de materiales orgánicas. Una cantidad
sustancial de materia orgánica debe ser añadida con el fin de consumir todo el oxigeno disuelto y
otras especies oxidantes.
En la actualidad, son numerosas las medidas que proponen la restauración de las aguas de los lagos
mineros como: la estratificación inducida, la inundación rápida controlada, el relleno con residuos,
etc.
4.3.3 Drenaje Ácido
4.3.3.1 Generalidades
Las aguas ácidas generadas por la minería de sulfuros metálicos es el principal problema ambiental
que enfrenta la actividad minera hoy en día.
El drenaje ácido es originado como consecuencia de la oxidación de minerales sulfurados,
principalmente la Pirita (FeS2). Estos minerales sulfurados suelen estar en el ambiente geológico,
pero en general se encuentran en rocas que yacen bajo de la superficie y por debajo del nivel de la
napa subterránea. Debido a procesos como la erosión o la actividad tectónica, estos minerales
30
Como ejemplo de lagos con aguas neutras se tiene el China Clay Pit, en Cornwall, Inglaterra. Como
ejemplo de lagos con aguas alcalinas esta el Ballygowan Mine en Irlanda.
73
afloran y son en parte expuestos al contacto con oxigeno y agua, lo que produce que estos minerales
se oxiden paulatinamente. Este proceso natural de oxidación es muy lento, y suele mantenerse a
escala local, de modo que su impacto es muy reducido, por lo que en general no implica un
deterioro en la calidad de las aguas subterráneas y superficiales.
La minería, al fracturar por medio de explosiones y extraer grandes cantidades de estos minerales,
hace que estos pasen de un ambiente poco reactivo, como el que se haya en los sustratos del
subsuelo, a un ambiente altamente reactivo como el de la atmosfera, donde la oxidación de los
sulfuros puede ocurrir en forma acelerada, pudiendo causar la acidificación de los escurrimientos
superficiales.
Los minerales sulfurados no se encuentran aislados en la naturaleza. Comúnmente se encuentran
unidos a otros minerales formando conglomerados. Estos conglomerados pueden contener
minerales sulfurados con capacidad de generar acidez, pero también pueden contener otros
minerales, algunos con la capacidad de consumir o neutralizar esa acidez, como son los carbonatos
y los aluminosilicatos. De esta forma en un material rocoso que contiene minerales sulfurados, se
genera acidez producto de la oxidación de estos minerales, y por otra parte se consume o neutraliza
esta acidez por acción de los minerales neutralizantes, y es este equilibrio entre reacciones de
acidificación y reacciones de neutralización lo que determina si a la larga en un depósito de mineral
se generará o no drenaje acido.
4.3.3.2 Etapas en la Generación de Drenaje Acido
El primer paso en la dinámica de generación de drenaje ácido es la oxidación de la Pirita por la
presencia de oxigeno y agua, teniendo como resultado hierro ferroso, sulfato y protones, los cuales
van produciendo la disminución del pH. El hierro ferroso es en general inestable, y se oxida con el
oxigeno produciendo hierro férrico y agua. Cuando el pH del sistema se encuentra entre el rango 5 a
7, el hierro férrico se hidroliza y precipita en forma de hidróxido, liberando en esa reacción algunos
protones. Todas estas reacciones ocurren en forma paulatina y el ácido que se va generando es
consumido por los minerales neutralizantes presentes en la matriz de roca. Si la capacidad de
generación de acidez es mayor que la capacidad de neutralización, llegará el momento en que la
capacidad de neutralización comenzará a agotarse y no toda la acidez será consumida, de modo que
el pH del sistema comenzará a descender gradualmente. Cuando el pH llega a un valor de 3,5 el
hierro férrico deja de precipitar hidróxido y permanece disuelto, reemplazando al oxigeno como
oxidante principal. Como resultado de esta reacción se genera hierro ferroso, sulfato y protones. La
cantidad de protones liberados por la acción oxidante del hierro férrico es cuatro veces mayor que la
cantidad de protones liberados por la oxidación con oxigeno. El hierro ferroso producido por esta
reacción se oxida produciéndose hierro férrico, el cual continua oxidando a la pirita, de esta forma
se produce una autocatálisis en el sistema.
La generación de aguas acidas se observa como un proceso en tres etapas, definidos cada uno por el
pH del agua en el microambiente de los minerales sulfurados.
Etapa I
En esta etapa se produce únicamente oxidación química, y el oxidante principal es el oxigeno. La
acidez generada es rápidamente neutralizada por minerales neutralizantes como la Calcita (CaCO3),
por lo que el agua que fluye sobre la roca se mantiene con pH neutro, e incluso levemente alcalino.
Por esta etapa la oxidación de la Pirita libera Fe+2
, pero este se oxida rápidamente a Fe+3
, el cual
debido a la neutralidad del sistema se hidroliza precipitando como hidróxido. En esta etapa es
74
posible detectar altas concentraciones de calcio debido a la dilución de los carbonatos durante el
consumo del ácido. Además, también es posible encontrar altas concentraciones de magnesio u
otros metales, pero eso dependerá de los minerales neutralizantes presentes en la matriz de la roca,
ya que esos metales disueltos provendrán de aquellas reacciones de neutralización. En esta etapa las
aguas de igual forma presentaran altos contenidos de sulfatos.
Durante esta etapa I, el pH se mantendrá entre 7 y 4,5, ya que a medida que se va produciendo
acidez, los minerales neutralizantes se van consumiendo y agotando, por lo que el pH desciende
paulatinamente, hasta alcanzar las condiciones para pasar a la siguiente etapa.
Etapa II
En esta etapa el pH a disminuido hasta 4,5 por lo que ocurren reacciones de oxidación tanto
químicas como catalizadas biológicas, así la oxidación continua y la velocidad con que se genera
acidez aumenta, manteniéndose este ritmo hasta que se agota toda la capacidad de neutralización
del material, con lo cual el pH del sistema descenderá a valores por debajo de 3,5.
El drenaje de esta etapa se caracteriza por presentar altas concentraciones de hierro ferroso y
sulfato, aunque a pesar de la alta acidez, las concentraciones de metales pueden ser bajas.
Etapa III
En esta etapa el pH se vuelve más ácido y las reacciones de oxidación catalizadas biológicamente
predominan por sobre las reacciones químicas de oxidación. El hierro ferroso producido por la
oxidación de la pirita se oxida biológicamente a hierro férrico, el cual se convierte en el oxidante
predominante, reemplazando al oxigeno.
Durante esta etapa se produce además la oxidación de sulfuros metálicos, lo que produce un
aumento en las concentraciones de metales disueltos en el drenaje, además que dichas reacciones
liberan protones por lo que en parte la acidez aumenta.
En general en esta etapa el pH del drenaje es altamente ácido, con altas concentraciones de sulfato y
metales disueltos.
Al estudiar un deposito de estériles o un deposito de relaves, es de gran importancia conocer en qué
etapa de la dinámica de generación de drenaje ácido se encuentra, ya que será la etapa en que se
encuentre la que indicará el tipo de medida a aplicar como solución al problema de los drenajes
ácidos.
De esta forma, si un deposito de estériles o de relaves se encuentra en la etapa I, se deberá aplicar
una medida de prevención, de modo que limita la oxidación del sistema y mantenga a un pH en los
rangos de neutralidad que caracteriza a la etapa I. Por otra parte, si se encuentra en la etapa II, se
deberá aplicar una medida de mitigación, ya que el sistema presenta una leve acidez y el objetivo es
retardar o impedir que el nivel de acidez llegue a los rangos en que predominan las reacciones de
oxidación catalizadas biológicamente (pH<3,5). En cambio, si el sistema se encuentra en la etapa
III, donde la acidez es alta, así como la concentración de sulfato y metales disueltos, la medida a
aplicar deberá ser de reparación o remediación, ya que el drenaje estaría produciendo un impacto
negativo en su entorno.
75
4.3.3.3 Fuentes de Drenaje Acido
Las principales fuentes de drenaje ácido en una mina de sulfuros de cobre son: botadero de estériles,
depósitos de relaves y las paredes del rajo.
Los botaderos de estériles son, generalmente, mezclas de material proveniente de diferentes áreas
de explotación o de desarrollo minero. Los botaderos, por lo común, están constituidos por rocas
gruesas y se almacenan sobre la napa freática. De este modo, cualquier mineral sulfuroso reactivo
queda expuesto al aire y al agua que pasan por el botadero, inmediatamente después de haber sido
depositado allí.
La química del agua de drenaje proveniente del botadero dependerá tanto de la mineralogía de la
roca en la fuente de drenaje ácido, como también de las reacciones con las diferentes rocas a los
largo de la ruta del flujo. Dado que todo botadero puede estar compuesto por una mezcla de tipos de
roca, puede surgir agua de química muy diferente de cada una de las áreas de un mismo botadero.
Para el caso de los depósitos de relaves, tenemos que generalmente el desarrollo del drenaje ácido
es muy limitado durante la operación minera, y se va desarrollando lentamente a lo largo del tiempo
después que ha cesado la producción y por lo tanto ha cesado la acumulación de relaves en el
depósito. La ocurrencia de las reacciones de oxidación está limitada por la acumulación continúa de
capas frescas de relaves saturados y alcalinos durante la operación. Después de que se ha concluido
la acumulación y los relaves empiezan a drenar, exponiéndose de esta manera los sulfuros al
oxigeno, comienza la oxidación. Dado que las reacciones de oxidación requieren tanto de oxigeno
como de agua, la generación de ácido por lo general comienza en la superficie y en los lados de la
represa, que son los primeros en drenar. Así, la oxidación se inicia en la superficie y va progresando
en profundidad, a media que los relaves drenan y la napa freática se mueve hacia el fondo del
depósito. El secado y resquebrajamiento de la superficie de los relaves puede aumentar el
suministro de oxigeno hacia los relaves que están en profundidad y mejorar la oxidación más
profunda.
Con el tiempo, a medida que el frente de oxidación progresa a más profundidad dentro de los
relaves, y a medida que el drenaje contaminado reemplaza al agua del proceso, el drenaje ácido
puede detectarse a partir de la base del depósito o en el agua subterránea. La velocidad a la cual
progresa el drenaje ácido a través de los relaves depende tanto de los controles en la química del
agua, como de los controles físicos en el flujo de agua (permeabilidad y pendiente hidráulica).
Pueden pasar años o décadas antes de que pueda detectarse el drenaje ácido en las infiltraciones
provenientes de la base de los relaves.
Los relaves y los estériles son probablemente las mayores fuentes del drenaje ácido en la mayoría
de los proyectos mineros. Las diferencias entre las condiciones que controlan el drenaje ácido en los
botaderos de estériles y en los depósitos de relaves se encuentran resumidas más adelante. El
reconocimiento de estas diferencias es fundamental para la predicción del potencial de generación
de ácido y la calidad del agua de drenaje, así como para la evaluación de las medidas de control que
sean técnica y económicamente efectivas.
Oxidación: en los relaves la oxidación se inicia en la capa superficial expuesta, después de
que ha culminado la disposición de pulpas frescas de relaves (no durante la operación); la
oxidación en los estériles puede desarrollarse inmediatamente después de la deposición.
76
Ruta del flujo de infiltración: inicialmente en un depósito de relaves, el drenaje ácido es
evidente en el agua de desagüe superficial. La infiltración se mueve lenta y uniformente
hacia abajo, a medida que el agua drena del embalse y es gradualmente desplazada por agua
contaminada con drenaje ácido, generada en la superficie. Pueden pasar varios años, o
décadas, antes de que la filtración contaminada migre a través de la masa de relaves y
aparezca como filtración de la base. El drenaje ácido puede detectarse en el botadero de
estériles después de horas o días de un lluvia, mediante el desarrollo de rutas de flujo de
infiltración preferenciales. Puede surgir drenaje de agua con química variada del mismo
botadero, como resultado de la heterogeneidad de la roca.
Heterogeneidad de la distribución de sulfuros: el estéril puede provenir de una variedad de
unidades rocosas con contenidos de sulfuros ampliamente variables. La mineralogía de la
roca, la geoquímica y las propiedades físicas difieren a lo largo del botadero, con una
distribución que depende del tamaño de las partículas de la ocurrencia mineralógica y del
método de construcción del botadero. En los relaves, el procesamiento previo del mineral
relativamente constante origina una masa fina, comparativamente homogénea en todo el
depósito.
Tamaño de la partícula: el estéril tiene un diámetro del tamaño de partícula promedio
usualmente mayor que 20 cm, comparado con los relaves, que puede ser 100% más finos
que 0,2 mm. Los minerales sulfurosos y alcalinos en un botadero de estériles pueden estar
físicamente separados por distancias sustanciales.
Entrada de aire (oxigeno): en los relaves el aire ingresa desde la superficie a través de los
vacios de los poros o resquebrajaduras, a una velocidad limitada por la forma en que el aire
se difunde a través de estos materiales. En un botadero de estériles, el aire puede ingresar
desde la cima, los lados y a lo largo de la base, y fluir libremente a través de las rutas de
flujo advectivas. Los gradientes de temperatura, como resultado de las reacciones
exotérmicas de oxidación, también pueden promover el flujo de aire.
Temperatura: en un botadero de estériles no saturado, la oxidación rápida puede generar
temperaturas elevadas y convección. La temperatura de los sólidos en los relaves
permanece relativamente constante, controlada en gran medida por el contenido de
humedad de los sólidos.
Los procesos que controlan la generación y migración de ácido en los botaderos de estériles y
depósitos de relaves, a pesar de ser química y biológicamente similares, son muy diferentes en
términos de características físicas.
Como se mencionó antes, otra de las fuentes de drenaje ácido son las paredes del rajo abierto. Las
operaciones en minas a rajo abierto generalmente no descargan agua durante su operación, excepto
durante el secado y bombeo de la mina. La experiencia demuestra que el potencial para la
generación de ácido durante la operación, puede limitarse mediante el mantenimiento de paredes
competentes “limpias”, con poca roca quebrada o material suelto en los bancos. La roca quebrada
presenta un área superficial más amplia y, por ello, carga potencial más elevada para las paredes
expuestas de la mina.
La inundación de la mina, luego del cierre de la misma, controlará finalmente toda la generación
adicional de ácido, a pesar de que pueda haber oxidación y drenaje durante el llenado del rajo y
pueda ocurrir un acarreamiento de productos solubles.
77
4.3.3.4 Impactos potenciales del Drenaje Ácido
El agua ácida generada en las faenas mineras, acompañadas generalmente de metales pesados
disueltos, ha provocado históricamente en el mundo casos de acidificación de suelos, ríos y lagos, y
con ello un sin número de efectos ecológicos, en gran medida desconocidos en Chile31
.
Los posibles impactos del drenaje sobre el medio ambiente pueden ser:
- Afectar ecosistemas acuáticos, como resultado de la acidez y metales disueltos en las aguas.
- Inhibir el crecimiento de comunidades vegetales aledañas debido a que la acumulación de
hierro y de sulfuros en la superficie del suelo dificulta la penetración de las raíces. También
el ácido sulfúrico afecta la tasa de crecimiento de las plantas.
- Afectar la calidad de las aguas superficiales y subterráneas (acuíferos poco profundos).
La contaminación del acuífero por infiltraciones se describirá cuando se analicen las infiltraciones
de contaminantes, ya que los métodos de infiltración no son diferentes a los de otros contaminantes.
La preocupación fundamental en cuanto al drenaje ácido se debe a su potencial impacto adverso
sobre la flora y fauna del ambiente receptor, y además, a los posibles riesgos indirectos en la salud
humana. Los peces y otros organismos acuáticos son más sensibles que los seres humanos a los
niveles elevados de la mayoría de los metales. Es importante destacar que si los metales se
encuentran en el agua, generalmente son asimilados por los organismos vivos, se acumulan en los
sedimentos y de esta manera pueden ingresar en la cadena alimentaria.
Es importante reconocer que la acidez y el pH bajo no son en si los factores más críticos en relación
al drenaje ácido. Más bien, la preocupación fundamental la constituyen los elevados niveles de
metales disueltos.
4.3.4 Infiltraciones desde el Botadero de Estériles
Los botaderos de estériles están formados por una amplia variedad de partículas rocosas altamente
heterogéneas, cuyo rango de tamaño varia de arcilla a grandes bloques. El agua que cae por
precipitación a la superficie del botadero, o que llegue a éste por escorrentía puede infiltrarse en el
botadero a través de los espacios existentes entre las distintas partículas rocosas existentes. Esta
agua infiltrada puede llegar hasta el acuífero, por lo que si estuviese contaminada podría generar
contaminación del acuífero.
4.3.4.1 Propiedades Físicas de los Botaderos
Para comprender el flujo al interior del botadero de estériles es necesario caracterizar las
propiedades físicas de los residuos rocosos. La estructura interna de un depósito se ve influenciada
por diversos factores, como: geología (propiedades del material y composición mineral), operación
minera (tronadura), transporte y depósito de los desechos rocosos estériles y las condiciones
climáticas (temperatura y precipitación).
La estructura interna de un depósito va evolucionando en el tiempo debido a los procesos de
meteorización física y química sobre los materiales depositados.
31
Consejo Minero. Guía Metodología sobre Drenaje Acido en la Industria Minera. Noviembre 2002.
78
El método de disposición empleado para ubicar los residuos da lugar a diferentes estructuras
internas, las cuales producen diferentes vías de flujo al interior del botadero. Los dos métodos más
convencionales de disponer residuos son los métodos push- y end-dumping32
. El método push-
dumping consiste en depositar el material en capas en la parte superior de una pila, empujándolo
con un buldózer. Esto genera una zona inferior gruesa y una zona superior no uniforme, con las
superficies de transito horizontal entre capas. El método end-dumping consiste en descargar el
material directamente a través de la cresta de la pila de desechos. En este método la segregación del
material se produce en el depósito de los desechos desde el camión, con las rocas de mayor tamaño
acumuladas en la parte inferior de la pendiente, mientras que los limos y arenas tienden a asentarse
en la parte superior de la pila33
.
Un aspecto importante en los botaderos es que el tráfico de la maquinaria pesada en superficie de la
pila usualmente produce un tamaño de grano más fino y la compactación de estos, lo que da como
resultado una capa de menor permeabilidad en que la infiltración es mucho más lenta. Esto implica
grandes diferencias en el régimen hidrogeológico del botadero, en la estratificación y en la
canalización del flujo de agua.
En general, los dos principales factores que controlan el flujo de fluidos y el transporte de químicos
en los residuos de roca son la distribución del tamaño de partículas y la textura.
Distribución de Tamaño de Partículas: los estériles usualmente presentan un rango de
tamaño de grano muy variable, de entre 1 μm y 1 m, dependiendo de los diferentes procesos
y métodos de depósito. Esta heterogeneidad física hace que la predicción del flujo a través
de él sea muy compleja. Para definir la proporción relativa de finos y gruesos se utilizan
curvas granulométricas. La granulometría ayuda a indicar la tendencia de ocurrencia de
ciertos tipos de flujo a través de la roca estéril, considerando por ejemplo, que la retención
de agua generalmente aumenta al aumentar el tamaño de las partículas y la porosidad
disminuye.
Textura: es un control primario para la capacidad de infiltración, capacidad de absorción y
la geometría de las vías de flujo34
. La textura es el aspecto físico de la roca, donde se
relaciona el tamaño, forma y arreglo de los minerales, considerando la distribución de
tamaño de partículas y el grado de cristalinidad. Usualmente los estériles presentan textura
granular debido al proceso de tronadura. En relación con la textura se considera la
proporción y arreglo espacial de las partículas. Los depósitos de estériles pueden presentar
desde zonas matriz soportadas, donde se tiene una matriz de grano fino envolviendo
grandes bloques, hasta zonas clasto soportadas35
.
32
CORAZAO Gallegos. The Design, construction, instrumentation and initial response of a field-scale waste
rock test pile. M.A.Sc Thesis. University of British Columbia. Vancouver, Canadá. 2007 33
FALA, MOLSON, AUBERTIN, BUSSIERE. Numerical modelling of flow and capillary barrier effects in
unsaturaded waste rock piles. Mine Water & Environmental. 2005 34
BAY D., Hydrological and hydrogeochemical characteristics of neutral drainage from a waste test pile.
M.A.Sc thesis. Faculty of Graduate Studies, Geological Science, University of British Columbia, Vancouver,
Canada. 2009. 35
NICHOL, SMITH, BECKIE. Field-scale experiments of unsaturated flow and solute transport in a
heterogeneous porous médium. Water Resources Research, Vol 41. 2005
79
4.3.4.2 Flujo de Agua a través de un Botadero de Estériles
Los botaderos de estériles son sistemas no saturados, que pueden recibir agua de diversas fuentes,
tales como precipitaciones de agua lluvia, derretimiento de nieve, etc. Además la infiltración en los
botaderos no ocurre bajo condiciones estacionarias.
Un suelo no saturado está compuesto de cuatro fases: partículas solidas, agua, aire y la interfase
aire-agua o membrana contráctil36
. En un análisis tensional, se considera que dos de las fases se
equilibran bajo las presiones aplicadas (partículas solidas y membrana contráctil), y las otras dos
fases fluyen bajo las presiones aplicadas (aire y agua). La interfase aire-agua está formada por una
película de escasas moléculas de espesor, y tiene propiedades distintas a las del aire y del agua que
separa. La propiedad más importante de esta interfase es su capacidad de ejercer una fuerza de
tensión, llamada tensión superficial.
La tensión superficial resulta de un desequilibrio entre las fuerzas intermoleculares que actúan en
las moléculas de agua localizadas en la interfase aire-agua, en comparación con las fuerzas que
actúan sobre las moléculas de agua al interior de la fase de agua. La tensión superficial provoca que
la interfase aire-agua se comporte como una membrana elástica, formando un menisco cóncavo que
se extiende entre las partículas solidas a lo largo de la estructura de suelo.
Los suelos no saturados presentan presiones intersticiales o de poro negativas, ya que están sujetas a
una presión del aire que es mayor a la presión del agua. La diferencia de presión a lo largo de la
membrana contráctil es denominada succión mátrica.
El flujo de agua a través de un suelo no saturado ocurre como resultado de un gradiente potencial
conocido como carga hidráulica. La carga hidráulica considera tres componentes: carga de
elevación, carga de presión y carga de velocidad. La altura de velocidad en un suelo se considera
despreciable, por lo que la carga hidráulica en cualquier punto de un perfil de suelo queda
determinada por la siguiente ecuación:
Donde:
H: carga hidráulica (m)
Z: carga de elevación (m)
uw: presión de poros del agua (kg/ms2)
ρw: densidad del agua (kg/m3)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
El flujo de agua a través de un suelo saturado se describe frecuentemente mediante la Ley de Darcy,
según la cual el flujo de agua a través de un suelo es proporcional al gradiente de carga hidráulica.
Para un flujo unidimensional la ecuación es:
36
FREDLUND y REHARDJO. Soil mechanics for unsaturated soils. John Wiley & Sons, Inc. New York.
1993.
80
Donde:
q: tasa de flujo de agua (descarga especifica) (m3/s/m
2)
K: conductividad hidráulica (m/s)
La cantidad dh representa el cambio en cota piezométrica entre dos puntos situados muy cercanos, y
dl es una distancia muy pequeña. El signo negativo indica que el flujo es en la dirección de cota
piezométrica decreciente.
Tanto para sistemas saturados como para no saturados, el agua fluirá desde un punto de mayor
carga hidráulica a un punto de menos carga hidráulica.
4.3.4.3 Impactos de la infiltración a través de un Botadero de Estériles
El principal impacto de la infiltración a través de un botadero de estériles es la contaminación del
acuífero. Esta agua infiltrada puede alterar las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de agua
subterránea.
El agua infiltrada debe pasar por la zona no saturada antes de ingresar al acuífero. Esta zona no
saturada actúa como un filtro natural a los contaminantes. La eficacia de la zona no saturada para
impedir o dificultar el acceso de los contaminantes al agua subterránea deriva de: la capacidad de
fijación que poseen los microporos, la interacción del solido-agua-contaminante-aire, el intercambio
iónico, la actividad biológica, la adsorción sobre partículas finas, etc.
4.3.5 Infiltraciones desde el Depósito de Relaves
4.3.5.1 Generalidades
A diferencia de los estériles, los relaves, gracias al proceso de chancado y molienda, son más
homogéneos. El agua que cae por precipitación, la que llegue por escorrentía o la que contienen los
relaves al salir de la planta de concentración, puede infiltrarse a través del depósito hasta llegar al
acuífero, por lo que si estuviese contaminada podría generar contaminación del acuífero.
La forma en que ocurre la infiltración es similar a lo que pasa en los botaderos de estéril. La
cantidad de agua que puede infiltrase va a depender del tipo de relave con el que se está trabajando.
Si recordamos lo explicado en el capítulo 2, hay tres tipos de relaves: convencionales, filtrados y
espesados. Mientras más agua contenga el relave, mas probabilidad va a haber de que haya
infiltración.
Otro factor que influye en las infiltraciones en los depósitos es la forma en que se disponen.
Algunas plantas envían los relaves a un proceso que será los tipos de suelo que contienen (gruesos y
finos), y ubican los finos en el fondo del depósito, ayudando a reducir la infiltración
considerablemente ya que los finos se adhieren de tal forma al mezclase con agua, que permite muy
poco el paso de ésta por entre sus poros.
81
4.3.5.2 Impactos de la infiltración desde el depósito de relaves
El principal impacto de la infiltración a través de un botadero de estériles es la contaminación del
acuífero. Esta agua infiltrada puede alterar las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de agua
subterránea.
El agua infiltrada debe pasar por la zona no saturada antes de ingresar al acuífero. Esta zona no
saturada actúa como un filtro natural a los contaminantes. La eficacia de la zona no saturada para
impedir o dificultar el acceso de los contaminantes al agua subterránea deriva de: la capacidad de
fijación que poseen los microporos, la interacción del solido-agua-contaminante-aire, el intercambio
iónico, la actividad biológica, la adsorción sobre partículas finas, etc.
4.4 CALIFICACIÓN DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES
La calificación ambiental consiste en establecer las características de los impactos identificados y
descritos en las etapas anteriores. La calificación utiliza una serie de parámetros y criterios, con los
cuales se establece el carácter del impacto (i.e. positivo, negativo), la temporalidad (i.e. desarrollo,
duración y reversibilidad, su extensión espacial, la intensidad y probabilidad de ocurrencia.
Esta etapa resulta en una calificación. Para obtener esta calificación es necesario contar con
diversos argumentos que la apoyen, lo que tiene relación con normas aplicables a algunas
actividades, y principalmente, a las características propias del elemento afectado. La calificación
concluye con el cálculo de un índice que relaciona todas las dimensiones del impacto (i.e.
extensión, temporalidad e intensidad), dicho índice se denomina Calificación Ambiental (mas
detalles en Anexo A)
El presente trabajo se enfocara en obtener metodologías para la obtención de las características
propias del elemento afectado, de modo de obtener los argumentos necesarios para calificar. No se
entrará en detalle con respecto a la calificación de los impactos ambientales propiamente tal, debido
a que existe bastante material sobre cómo llevarlo a cabo, como libros, guías, etc.
4.5 METODOLOGÍAS DE TRABAJO
4.5.1 Impactos asociados a disminución de niveles de aguas subterráneas
4.5.1.1 Metodología para determinar grado de interferencia pozo – acuífero
Si se determino que el proyecto de sulfuros de cobre producirá descenso de los niveles
piezométricos, entonces se debe determinar si existen pozos de captaciones de terceros en el área de
influencia del bombeo de la mina (ya sea desaguado de la mina o bombeo para extraer agua). Si la
respuesta es positiva, entonces se debe determinar si estos pozos se verán afectados por las
reducciones en el nivel freático, y en caso que si se vean afectados, se deben definir medidas de
compensación.
4.5.1.1.1 Catastro de Pozos
Lo primero que se debe obtener es un catastro completo de los pozos existentes en la zona cercana
al proyecto. Estos se obtienen en el catastro público de aguas de la DGA, en la cual se pueden
encontrar los pozos inscritos y el caudal que pueden extraer de acuerdo a los derechos de agua que
82
tienen. Además siempre es conveniente ir a terreno a realizar un catastro in situ, debido a que
muchas veces existen pozos que no están inscritos en el catastro y de los cuales se extraen caudales
en forma permanente.
4.5.1.1.2 Calculo del Radio de Influencia
Lo siguiente que se debe realizar es determinar el radio de influencia de los pozos de bombeo que
están extrayendo agua en la zona del proyecto, ya sea para desaguar el rajo abierto, o para satisfacer
las necesidades de agua del proceso productivo. El radio de influencia puede definirse como la
distancia existente entre el pozo de bombeo y la zona del acuífero en que la influencia del bombeo
puede considerarse nula.
Para obtener el radio de influencia se necesitan estimar los coeficientes de transmisibilidad y de
almacenamiento del acuífero. Estos coeficientes se obtienen recurriendo a la hidráulica de pozos.
Numerosos estudiosos analizaron este tema, entre ellos Dupuit, Theis y Jacab, lo cuales llegaron a
ecuaciones aplicables para obtener estos parámetros.
El coeficiente de almacenamiento (S) representa la cantidad de agua entregada por unidad de
volumen de un material saturado por unidad de depresión del nivel libre de la napa. Las formas de
determinar el valor de S son variadas, desde aproximaciones simples hasta procesos más complejos
que entregan valores más exactos. En el capítulo 4 se detallan distintas formas de determinar S.
La transmisividad (T) es el volumen de agua que atraviesa una banda de acuífero de ancho unitario,
en la unidad de tiempo, y bajo la carga de un metro. Representa la capacidad que tiene un acuífero
para ceder agua. Las unidades comúnmente utilizadas son m2/día. La permeabilidad (K) es el
cociente entre la transmisividad y el espesor del acuífero. Corresponde a una medida de la textura
del acuífero, pero no representa, como la transmisividad, las posibilidades de ceder agua. Un
acuífero muy permeable pero de poco espesor puede ser poco transmisivo, y como consecuencia,
los pozos no serán de mucho caudal. También se detalló en el capítulo 4 los métodos para
determinar T y K.
Para el cálculo del Radio de Influencia se suele usar la siguiente formula, deducidas de la ecuación
general de Theis – Jacob:
Donde:
R: radio de influencia.
T: transmisividad.
t: tiempo de bombeo.
S: coeficiente de almacenamiento
El radio de influencia no depende del caudal de bombeo, sino de los parámetros del acuífero T y S y
del tiempo de bombeo. Como tanto T como S son fijos, el radio de influencia va a aumentar solo al
aumentar el tiempo de bombeo. Así, mientras más dure el bombeo, será necesario ampliar el
catastro de pozos de la posible zona afectada.
83
En caso que no se cuente con pruebas de bombeo aun, es posible realizar estimaciones sobre el
radio de influencia. Por ejemplo, se tiene que un acuífero libre usualmente tiene menores radios de
influencia que uno confinado. También se sabe que a menores valores de permeabilidad menor será
el radio de influencia. Todas estimaciones son para poder situarnos en el contexto en qué se está
trabajando, pero para realizar un análisis que permita calificar un impacto es necesario contar con
los parámetros obtenidos de la forma más exacta posible, de modo de poder obtener información lo
más cercana a la realidad y evitar problemas a futuro, como el que significaría si se evaluara un
impacto y se le diera una calificación menor que la que realmente tiene.
Si se cuenta con un modelo numérico de la zona también es posible usarlo para determinar el radio
de influencia.
4.5.1.1.3 Determinación de pozos afectados
Con el radio de influencia determinado, se debe ver cuáles de los pozos incluidos en el catastro se
encuentran dentro del área de influencia definida por el radio. Es conveniente marcar los pozos en
un mapa e incluir el área de influencia para tener una mejor visualización de los pozos que podrían
verse afectados por la disminución de los niveles.
Para determinar el efecto del bombeo en un pozo dado es importante considerar en primer lugar que
en la mina se contara con un conjunto de pozos de bombeo, perforados en un mismo acuífero y
bombeados en forma simultánea. Por este motivo es necesario considerar el problema de las
interferencias de sus conos de depresión. Aplicando el principio de superposición es posible
calcular la depresión total que se obtendrá en un pozo producto de los bombeos llevados a cabo.
Según este principio, tendremos que la depresión total en un punto dado será la suma de las
depresiones por cada uno de los pozos de bombeo sobre dicho punto.
Para determinar el descenso en un punto dado, ubicado dentro del radio de influencia, producto del
bombeo, existen diversas soluciones. Una de estas, es la solución de Jacob para régimen
impermanente, que incluye supuestos que pueden ser válidos en el caso de los objetivos de los
bombeos analizados acá. Por ejemplo la solución de Jacob es válida para tiempos de análisis
grandes, algo que es válido en minería donde los bombeos suelen ser por todo el tiempo de
operación, usualmente varios años. La solución de Jacob está dada por la siguiente fórmula:
Donde:
s: depresión en el pozo analizado (m).
Q: caudal bombeado en pozo de bombeo (m3/día).
T: transmisividad (m2/dia)
t: tiempo de bombeo (min).
r: distancia entre el pozo de bombeo y el pozo analizado (m).
S: coeficiente de almacenamiento (adimensional)
.
Una vez obtenidos los descensos en los distintos pozos se debe analizar si la nueva altura del agua
subterránea afecta o no los pozos. Pueden ocurrir tres situaciones:
1. Que la profundidad del pozo sea mucho mayor que la profundidad del nivel de agua
subterránea. En este caso es poco probable que se vea afectado el caudal que normalmente
84
se extrae del pozo analizado, por lo que no se producirá ningún impacto en la cantidad de
agua extraída.
2. Que la profundidad del pozo sea mayor que la profundidad del nivel de agua subterránea.
En este caso, si bien el agua estará disponible para ser extraída por el pozo, pueden verse
afectados los caudales de extracción. Esto dependerá de que tanto bajaron los niveles y de
los parámetros del acuífero en la zona del pozo analizado. El bombeo en el pozo analizado,
llevado a cabo por terceros, produce sus propios descensos locales en el acuífero. Si
tenemos una conductividad alta, entonces estos descensos serán bajos y es posible que no se
vean afectados los niveles. Es necesario comprobar si producto de los descensos el tercero
podrá seguir usando el agua que necesita. Hay que recordar que en nuestro país existen
derechos de agua, por lo que la extracción aguas arriba debe ser tal de garantizar no afectar
los derechos existentes aguas abajo. En caso que el pozo analizado vea afectado sus
caudales de extracción es necesario realizar alguna compensación a los terceros
involucrados.
3. Que la profundidad del pozo sea menor que la profundidad del nivel de agua subterránea.
Este obviamente es el caso más grave ya que el impacto sería secar completamente el pozo,
impidiendo que pueda realizarse bombeo en él. En este caso, es necesario compensar a los
terceros involucrados.
4.5.1.1.4 Compensaciones por los impactos ocasionados a terceros
Como se explicó en la sección anterior, si se llega a producir algún impacto, la legislación existente
indica que es necesario compensar a los terceros afectados.
Una opción consiste en comprar los derechos de agua de los pozos afectados por la disminución de
niveles. Esta opción puede ser bastante complicada si esta agua es usada por terceros para riego o
consumo humano, sobre todo si se está en zonas con baja oferta de agua, como ocurre en el norte de
nuestro país.
Una medida de compensación consiste en financiar la profundización de los pozos de forma que
alcancen una situación similar a la previa al bombeo, pero en un nivel más profundo.
4.5.1.1.5 Resumen Metodología
La Figura 4.11 muestra un resumen de la metodología explicada en las secciones anteriores.
85
Figura 4.11 Resumen Metodología para determinar Impactos en otros Pozos Fuente: Elaboración Propia
La Tabla 4.3 muestra una lista de parámetros necesarios para poder analizar este impacto, de
acuerdo a la metodología propuesta. Además se dan algunos de los métodos discutidos para poder
determinar estos parámetros.
86
Tabla 4.3 Parámetros Necesarios para Analizar Impacto
Parámetros Métodos para Determinarlos
Catastro de Pozos con parámetros: ubicación
pozo (coordenadas) y profundidad del pozo
- Solicitar Catastro de Pozos en la DGA
- Campaña de Terreno
Tipo de Material en Acuífero
- Revisar información estratigráfica
existente en el área o en zonas cercanas.
- Visitar a terreno, buscar zonas de
afloramientos.
- Geofísica en la zona.
- Estratigrafía en la zona. Obtención de
testigos desde los sondajes.
Construcción de perfiles con esta
información e interpolación en zonas no
perforadas.
Coeficiente de Almacenamiento
- Estimar valor en base al tipo de
material. Para esto se usan tablas
existentes en la literatura.
- Pruebas de Bombeo
Transmisividad y Permeabilidad
- Estimar valor en base al tipo de
material. Para esto se usan tablas
existentes en la literatura.
- Pruebas de Bombeo
Radio de Influencia - Ecuaciones de la hidráulica de pozos
- Modelación
Descenso de Pozos por Bombeo - Ecuaciones de la hidráulica de pozos
- Modelación Fuente: Elaboración Propia
4.5.1.2 Metodología para determinar grado de interferencia entre pozo – rio
Un conjunto de pozos de bombeo pueden afectar al flujo de un rio si la ubicación de este está dentro
del radio de influencia del pozo. Luego es necesario saber el radio de influencia del pozo para poder
determinar si habrá interferencia entre el pozo y el rio. Que es el radio de influencia y como
determinarlo se explicó en la sección anterior.
4.5.1.2.1 Parámetros Importantes en la determinación del grado de interacción pozo-rio
Si el rio esta dentro del área de influencia del pozo se puede producir la interferencia, cuya
magnitud está condicionada por distintos parámetros, siendo los más importantes los siguientes:
Conductancia (λ)
Es la medida de la conductividad hidráulica vertical a través del lecho del rio hacia el acuífero
adyacente. Los efectos de interferencia y vaciamiento de rio aumentan con grandes valores de
87
conductancia. Si la conductancia en menor a 0,01 m/día entonces es poco probable que se de la
interferencia pozo-rio. Su unidad típica es [m/día]. Se obtiene con la siguiente fórmula:
Donde:
K´: conductividad hidráulica del lecho (m/dia)
w: ancho del rio (m)
m´: espesor del lecho del rio (m)
Factor de vaciamiento de rio (sdf)
El factor de vaciamiento de rio (stream depletion factor) fue definido en forma arbitraria por
Jenkins (1977) para describir la conexión hidráulica entre un rio y un pozo de bombeo. Este término
es una medida del tiempo en el cual el 28% del volumen extraído por el pozo proviene del rio. Para
valores de sdf menores a 100 días la conexión entre los 2 sistemas es muy fuerte y la interferencia
es muy marcada. Para valores mayores los efectos de interferencia se desarrollan mucho más
lentamente. Su unidad típica es [días] y la formula es la siguiente:
Donde:
l: distancia pozo-rio (m)
S: el almacenamiento (adimensional)
T: transmisividad (m2/dia)
Factor de lecho de rio (sbf)
El factor de lecho de rio (streambed factor) es un parámetro adimensional utilizado para
caracterizar distintos tipos de rio en gráficos adimensionales de tiempo adimensional (t/sdf) versus
interferencia (q/Q). Para valores de sbf mayores a 100, la interferencia entre pozo-rio es muy
marcada y sus efectos se desarrollan rápidamente. Se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
λ :conductancia (m/día)
l: distancia pozo-rio (m)
T: transmisividad (m2/día)
Este parámetro no es capaz de entregar un nivel de interferencia por si mismo y solo adquiere
relevancia al ser utilizado en gráficos adimensionales como parámetro para agrupar diferentes ríos
por tipos de lecho.
88
4.5.1.2.2 Análisis del grado de interferencia entre un pozo y un rio
Para analizar el grado de interferencia existente entre un pozo y un rio existen distintas
metodologías. El método más usado, tanto en Chile como el extranjero, es el método de Jenkins, el
cual entrega una solución analítica que permite determinar el efecto de un pozo sobre el agua que
circula en un rio, determinando el porcentaje del caudal de bombeo proveniente del rio. El problema
de este método es que posee supuestos muy idealizados: rio totalmente penetrante en el acuífero y
conexión hidráulica perfecta entre el rio y el acuífero. Esto se traduce, en general, en una
sobreestimación del impacto del pozo sobre el cauce superficial. La razón principal por la cual se
usa el método de Jenkins pese a lo descrito antes, es la dificultad para implementar métodos más
avanzados, por lo tipos de parámetros que requieren, muchos de los cuales usualmente no están
disponibles.
Últimamente se han desarrollado otros métodos que permiten estudiar la interferencia mediante
soluciones analíticas que representan en forma más adecuada el problema real, incorporando
modelos conceptuales más cercanos a la realidad. Uno de estos métodos fue desarrollado por Bruce
Hunt, el cual desarrollo una expresión analítica que permite evaluar los efectos de la penetración
parcial del lecho en el acuífero, considerando que el lecho del rio presenta una capa de baja
permeabilidad. Supone un acuífero homogéneo, isotrópico y de extensión infinita. Además supone
que la tasa de filtración desde el rio hacia el acuífero es linealmente proporcional a los cambios en
la altura piezométrica entre el rio y el acuífero, siendo la constante de proporcionalidad la
conductancia del lecho del rio (λ), parámetro altamente dependiente del orden de magnitud de la
conductividad del lecho del rio (K´) y que físicamente representa la capacidad que tiene el lecho del
rio de dejar pasar el flujo hacia el acuífero a través de su capa semipermeable.
Figura 4.12 Esquema Conceptual de Jenkins y de Hunt Fuente: Cornejo Julio, Espinoza Carlos. “Interferencia entre un pozo de bombeo y un rio”
Solución de Jenkins37
La solución de Jenkins fue desarrollada en forma inicial por Theis (1941), luego fue mejorado por
Gloves and Balmer (1954) y finalmente popularizada por Jenkins (1968). Esta solución toma como
hipótesis que el cauce penetra completamente la profundidad de la napa, con lo que da origen a una
solución analítica muy simple para evaluar el porcentaje de caudal del pozo de bombeo que es
proporcionado por el rio hacia la napa. La solución tiene la forma siguiente:
37
ESPINOZA Carlos. Apuntes Curso CI-51J Hidráulica de Aguas Subterráneas y su Aprovechamiento. Tema
7: Hidráulica de Captaciones Verticales.
89
Donde:
q/Q: fracción del caudal del pozo de bombeo (Q) que es extraída desde el rio
S: coeficiente de almacenamiento (adimensional)
l: distancia perpendicular entre el pozo y el cauce (m)
T: coeficiente de transmisividad (m2/dia)
t: tiempo de bombeo (dia)
Solucion de Hunt
Hunt (1999) abordo la solución analítica con una geometría más cercana a la del caso real. En este
caso se considera que el cauce penetra solo en una fracción del espesor saturado, bajo el cual se
ubica una zona o lecho de menor permeabilidad. La solución tiene la siguiente forma:
Donde:
q/Q: fracción del caudal del pozo de bombeo (Q) que es extraída desde el rio
S: coeficiente de almacenamiento (adimensional)
l: distancia perpendicular entre el pozo y el cauce (m)
T: coeficiente de transmisividad (m2/día)
t: tiempo de bombeo (día)
λ: conductancia (m/día)
Si se cuenca con un modelo numérico en Visual Modflow, esta puede ser usada para determinar la
interferencia entre un pozo y un rio. Modflow utiliza las ecuaciones anteriores para abordar el
problema. En el modelo se simulan las hipótesis básicas de ambas soluciones analíticas.
4.5.1.2.3 Resumen de la Metodología
La Figura 4.13 muestra un resumen de la metodología propuesta para determinar la interacción
entre pozo y rio.
90
Figura 4.13 Resumen metodología para determinar interferencia pozo-rio Fuente: Elaboración Propia
La Tabla 4.4 muestra una lista de parámetros necesarios para poder analizar este impacto, de
acuerdo a la metodología propuesta. Además se dan algunos de los métodos discutidos para poder
determinar estos parámetros.
91
Tabla 4.4 Parámetros Necesarios para Analizar Impacto
Parámetros Métodos para Determinarlos
Ubicación de Ríos en zonas cercanas al proyecto
- Consultar Hidrografía de la región en la
DGA
- Campaña de Terreno
Radio de Influencia - Ecuaciones de la hidráulica de pozos
- Modelación
Coeficiente de Almacenamiento
- Estimar valor en base al tipo de
material. Para esto se usan tablas
existentes en la literatura.
- Pruebas de Bombeo
Transmisividad y Permeabilidad
- Estimar valor en base al tipo de
material. Para esto se usan tablas
existentes en la literatura.
- Pruebas de Bombeo
Conductividad Hidráulica del Lecho - Formula
Ancho del rio - Se mide directamente en terreno o
usando algún software
Espesor del lecho del rio - Se mide directamente en terreno o
usando algún software
Distancia pozo – rio - Se mide directamente en terreno o
usando algún software
Conductancia (λ) - Fórmula
Factor de vaciamiento del rio (sdf) - Fórmula
Factor de lecho del rio (sbf) - Fórmula
Tiempo de bombeo
- Depende del periodo de operación del
proyecto. Se debo bombear todo el
tiempo que este ingresando agua al rajo
en el caso del desaguado, y durante toda
la operación en el caso de extracción
para uso del agua en procesos.
Porcentaje de caudal del pozo que es
proporcionado por el rio hacia la napa.
- Solución de Jenkins
- Solución de Hunt Fuente: Elaboración Propia
4.5.1.3 Metodología para determinar grado de interferencia humedal – acuífero
Al igual que en los casos anteriores, tenemos que un conjunto de pozos de bombeo pueden afectar a
un humedal si la ubicación de este está dentro del radio de influencia del pozo. Luego es necesario
saber el radio de influencia del pozo para poder determinar si habrá interferencia entre el pozo y el
humedal. Que es el radio de influencia y como determinarlo se explico previamente.
Como se explico en la sección 4.3.1.3.3 (Descripción de la interferencia Humedal – Acuífero), un
humedal puede depender de aguas subterráneas, aguas superficiales, agua de mar, etc. Luego, es
92
posible que, pese a que un humedal no esté en el área de influencia del bombeo, de todas formas se
vea afectado debido a que, por ejemplo, dependa de un rio que si se encuentra en el área de
influencia y que se ve afectado por el bombeo. Luego se puede producir un impacto indirecto del
bombeo en el humedal, pese a que no esté cerca del área impactada y pese a no depender del
acuífero en cuestión.
4.5.1.3.1 Identificación de la Interacción entre Humedales y Aguas Subterráneas
Muchos humedales están hidrológica y ecológicamente unidos a masas adyacentes de aguas
subterráneas, pero el grado de interacción puede variar enormemente. Algunos humedales pueden
ser completamente dependientes de la descarga de aguas subterráneas en cualesquiera condiciones
climáticas, en tanto otros pueden tener un grado de dependencia muy limitado, por ejemplo, solo en
condiciones de extrema sequedad; algunos pueden carecer por completo de conexión con aguas
subterráneas (ver sección 4.3.1.3.3). Así, puede haber casos en que la interacción entre humedales y
aguas subterráneas quede muy limitada o falte por completo, y la extracción de aguas subterráneas
a partir de acuíferos locales no afecte significativamente a los humedales. En cambio, hay casos en
que la extracción de aguas subterráneas de un acuífero profundo situado a considerable distancia del
humedal puede tener efectos no previstos, pero muy importantes sobre el humedal. El grado de
conectividad determinado en gran parte por una combinación de factores geológicos, de hidrología
regional y de topografía.
Los humedales deben considerarse en tres dimensiones dentro del paisaje. El tamaño del humedal,
así como su morfología, están más fuertemente influidos por la topografía y la hidrología. La
geología es sumamente importante para entender las funciones del humedal en relación con el agua.
Según sea la geología del subsuelo y el entorno, un humedal estará más o menos asociado y en
dependencia con el agua subterránea.
Para poder valorar las consecuencias que pueden tener para un humedal cualquier tipo de impactos
hidrológicos es necesario conocer la manera en que entra y sale el agua del humedal (los llamados
mecanismos de transferencia de agua) y cuantificar los correspondientes ritmos de movimiento del
agua. Para comprender las interacciones con las aguas subterráneas se requiere una visión geológica
en tres dimensiones, es decir, se necesita un análisis geográfico del humedal (horizontal) y un
análisis de las secciones verticales de los suelos y rocas que yacen bajo el humedal. Se definen 14
tipos diferentes de mecanismos de transferencia de agua. En el anexo B se describen estos tipos.
El primer paso para la comprensión de la hidrología de un humedal consiste en determinar qué
mecanismos de transferencia de agua están presentes y cuáles son los más importantes. Existe una
tipología hidrológica de los humedales, basada en el entorno paisajístico, que fue elaborada por
Acreman (2004). Se detalla en el anexo C. Es importante tener presente que un humedal estudiado
es poco probable que encaje precisamente en uno de los tipos de humedal descritos. Muchos
humedales pueden exhibir características propias de más de un tipo.
4.5.1.3.2 Cuantificación de los Mecanismos de Transferencia de Agua
Medir la interacción de aguas subterráneas con humedales es un proceso bastante complejo. Sin
embargo, hay varios métodos para obtener esta información. En general hay tres niveles de
evaluación que pueden contribuir a la comprensión y cuantificación de los mecanismos de
transferencia de agua.
93
- Realizar la investigación con la información existente. Entre los datos espaciales figuran
mapas topográficos, mapas de usos de suelo y vegetación, mapas geológicos, fotografías
aéreas y satelitales. Comentaremos el uso de algunos de estos datos.
- El uso de mapas geológicos e hidrogeológicos existentes de la zona del proyecto puede
revelar la proximidad de acuíferos a los humedales. Estos mapas pueden mostrar la
existencia de estratos impermeables entre un humedal y un acuífero que podría evitar la
interacciona. Así mismo puede mostrar la existencia de estratos permeables o puede indicar
que no existe ninguna separación entre el humedal y el acuífero, lo que indicaría una
probable interacción entre ambos. El problema de usar estos mapas, es que estos suelen ser
levantado en base a la extrapolación de información a partir de datos geológicos limitados
(los obtenidos de sondajes por ejemplo). Por esta razón, en algunos puntos de dichos mapas
la presencia y el espesor de los estratos impermeables entre un humedal y un acuífero puede
ser muy insegura. Además, el mapa no entrega la permeabilidad o conductividad hidráulica
de los estratos, aunque es posible estimarla en base al tipo de material del estrato (ver
capitulo 4).
- Otro indicador que se puede usar para determinar si hay interacción entre el humedal y las
aguas subterráneas son los mapas de vegetación. Si se tiene la información del tipo de
vegetación existente en el humedal se puede suponer si hay conexión o no con el agua
subterránea. Efectivamente, en algunos casos, la presencia o ausencia de determinadas
especies que se sabe que necesitan de las aguas subterráneas puede ser un indicador de si un
humedal depende o no en gran medida del aporte de aguas subterráneas. Así, tenemos que
la presencia de vegetación freatofitica indica la presencia de agua subterránea. El problema
de este indicador es que solo indica la existencia de agua subterránea, mas no da una
medida del grado de interacción entre el humedal y el acuífero.
En una fase temprana de cualquier investigación es necesario llevar a cabo visitas a terreno. Allá
donde sea posible, el equipo que actué sobre el terreno deberá abarcar múltiples disciplinas. Es
necesario para poder caracterizar bien el humedal contar con la presencia de un hidrólogo, un
hidrogeólogo y un botánico. El hidrólogo e hidrogeólogo pueden identificar las recargas y descargas
del humedal y lograr analizar el tipo de interacción existente. El botánico puede lograr identificar
plantas existentes en el humedal que puedan indicar la presencia de aguas subterráneas. Es
necesario realizar varias visitas a terreno de modo de analizar distintas situaciones de este. Así se
podrá analizar si la vegetación va cambiando o es permanente, se podrá analizar la existencia de
manantiales que pueden aparecer en periodo de recarga alta (después de precipitaciones). También
conviene ir en periodos de sequia, de modo de analizar perfiles de vegetación que pueden indicar
zonas donde el humedal depende de agua subterránea. También es conveniente investigar las
propiedades del suelo del humedal, particularmente para descubrir zonas de registro permanente de
agua en la estación seca que pueden ser indicio de dependencia de aguas subterráneas. También
siempre es conveniente realizar encuestas a la población cercana al humedal sobre las
características de este.
La cuantificación de los intercambios de aguas subterráneas con humedales precisa de datos
tomados sobre el terreno. Algunos datos, como los niveles de aguas subterráneas, pueden obtenerse
a partir de los servicios hidrométricos. Sin embargo la mayoría de los estudios sobre humedales
exigen obtener datos sobre el terreno. Entre los datos requeridos esta los niveles de los piezómetros
del suelo del humedal o del acuífero subyacente, y las propiedades del suelo, tales como
94
rendimiento concreto o la conductividad hidráulica. Basándose en los conocimientos iniciales se
debe establecer el programa de monitoreo sobre el terreno para recoger los datos de modo de
abarcar un periodo suficientemente largo. Estos datos servirán de base para la obtención de un
conocimiento más detallado y la correspondiente construcción de modelos numéricos.
4.5.1.3.3 Modelo conceptual de las interacciones entre humedales y aguas subterráneas
Para cada humedal que se determina tiene una interacción con aguas subterráneas, y que podría
verse afectado por la sobreexplotación de estos, debe elaborarse un modelo conceptual. Este puede
ser bastante sencillo, realizado con información existente previamente, o puede ser más complejo y
detallado, incluyendo estudios de terreno y modelos numéricos. El modelo conceptual debe incluir
un balance hídrico que puede ayudar a cuantificar las contribuciones de agua de las diversas fuentes
y las posibles recargas de agua subterránea a los acuíferos. Siempre es conveniente calcular
balances hídricos para cada temporada (seca y húmeda).
Esta información es necesaria para poder cuantificar el grado de dependencia de un humedal con
respecto a las aguas subterráneas, y también la dependencia potencial de un acuífero respecto de los
humedales, de modo de poder cuantificar esta necesidad de agua subterránea.
4.5.1.3.4 Determinar las necesidades de aguas subterráneas de los humedales
La cuantificación de los mecanismos de transferencia de agua proporciona el componente
hidrológico de la evaluación de las interacciones entre humedales y aguas subterráneas. En general,
el ecosistema humedal se adaptará al régimen hidrológico, incluida la magnitud, la frecuencia, la
duración y el ritmo temporal de los mecanismos de transferencia de agua. Aunque los cambios de
gran envergadura en la hidrología del humedal provocarán normalmente importantes cambios en las
características ecológicas, algunos cambios de menos alcance en la hidrología pueden no
desembocar en alteraciones ecológicas.
En esta etapa se determinan las necesidades preferentes de agua del ecosistema humedal y su
sensibilidad al cambio hidrológico, su capacidad de resistencia y su capacidad de adaptación. Con
ello se puede definir las consecuencias del cambio hidrológico para el ecosistema humedal. Esto se
puede determinar en base a la vegetación existe en el humedal.
4.5.1.3.5 Compensaciones por los impactos causadas
Se pueden aplicar algunas estrategias relacionadas con las aguas subterráneas, a fin de minimizar
los impactos de la sobreexplotación de agua subterránea sobre los humedales asociados a ella. Se
explicarán algunos a continuación.
Si el humedal depende tanto de aguas superficiales como subterráneas, es posible atender las
necesidades de agua en las distintas estaciones a partir de fuentes diferentes. Por ejemplo, podría
aumentarse el aporte de aguas superficiales para suplir la disminución de las aguas subterráneas por
la sobreexplotación. Esta agua superficial puede obtenerse desde algún embalse o de algún rio, si se
cuentan con derechos de agua o se pueden comprar. Es importante considerar en este caso las
necesidades del humedal en cuanto a la calidad del agua, ya que la calidad de las aguas subterráneas
es muy diferente a la calidad del agua superficial, por lo que el aumentar la cantidad de una y
disminuir la de la otra puede afectar al humedal.
95
Se debe evitar realizar sondajes para bombear en zonas cercanas al humedal, ya que mientras más
introducido este el humedal en el cono de depresión más grande es la disminución de los niveles del
agua en el humedal, por lo que el impacto será mayor.
Otra opción es realizar un bombeo no constante, aumentando los caudales bombeados en periodos
húmedos, que es cuando el humedal corre menos riesgo, y disminuyéndolo en periodos secos. La
mayor extracción en periodo húmedo compensa la menor extracción en periodo seco.
4.5.1.3.6 Resumen Metodología
La Figura 4.14 muestra un resumen de la metodología propuesta para determinar la interacción
entre acuífero y humedal.
Figura 4.14 Resumen metodología para determinar interferencia acuífero-humedal Fuente: Elaboración Propia
Los métodos para conocer, medir, observar y controlar las relaciones entre el agua subterránea y el
humedal bajo condiciones naturales, y para evaluar y predecir el impacto de las actividades
humanas, no son diferentes de los métodos usuales en hidrología subterránea. Sin embargo existen
96
algunos aspectos específicos que deben tenerse en cuenta, además de los estudios regionales que
siempre han de realizarse:
a) Las características locales juegan un papel dominante y es preciso considerar en detalle la
naturaleza de los sedimentos, y alrededor del humedal.
b) Incluso si el humedal esta sobre el acuífero, la mayoría del intercambio de agua se puede
realizar solo en áreas limitadas.
c) La cuenca de agua subterránea que aporta, y las áreas de entrada y salidas de agua pueden
cambiar al fluctuar los niveles freáticos y modificarse la forma y disposición de las
extracciones.
d) El transporte de solutos puede estar controlado por heterogeneidades locales.
e) El flujo de agua tiene carácter tridimensional, por lo menor en áreas próximas al humedal.
f) El conocimiento detallado del nivel freático y de la elevación capilar en el humedal y su
entorno es muy importante.
g) Para definir el transporte de solutos puede ser necesario disponer de los valores de la
capacidad de intercambio iónico y las características sortivas de los suelos y sedimentos.
h) Para anticipar y prever los problemas de contaminación hace falta estudiar y vigilar la zona
no saturada en zonas seleccionadas, así como considerar procesos locales.
4.5.1.4 Metodología para determinar grado de alteración en la calidad del agua por intrusión
salina
Nuevamente tenemos que el radio de influencia del conjunto de pozos de bombeo determinan si se
verá afectada o no la calidad de las aguas del acuífero. Analizaremos la posible contaminación
debido a la intrusión salina, la cual ocurrirá si dentro del área de influencia existe algún salar o mar,
fuentes de agua salinas. Luego es necesario saber el radio de influencia del pozo para poder
determinar si es posible la contaminación. Qué es el radio de influencia y como determinarlo ya fue
explicado en el análisis de los impactos anteriores.
Como ya se señaló en la descripción de este impacto, tenemos que en los acuíferos cercanos a un
salar o al mar, coexisten dos fases fisicoquímicas distintas: agua dulce y agua salada. Son fluidos de
densidad, temperatura y viscosidad diferentes. Tienen una composición química muy distinta. El
límite de separación entre ambas se denomina interfase, y corresponde a una zona de mezcla,
difusión y transición, de anchura variable que depende de las variaciones del nivel piezométrico, del
espesor del acuífero y de la permeabilidad del entorno. En situaciones estacionarias normales, la
masa de agua salada adquiere la forma de cuña, apoyada en la base del acuífero y con el vértice
dirigido hacia el agua dulce.
El estudio de la intrusión salina puede dividirse en dos fases: Detección de los fenómenos de
invasión de agua salada en los acuíferos y definición de la situación de la interfase salina en sus tres
dimensiones: profundidad, longitud y anchura38
.
38
SPANDRE ROBERT. Hidrogeología Aplicada. Departamento de Ciencias de la Tierra. Universidad de
Pisa, Italia.
97
4.5.1.4.1 Análisis de la interfase
Para poder analizar el fenómeno de la intrusión salina, es necesario en primer lugar analizar la
interfase existente entre el agua dulce y el agua salada. Se deben determinar algunos parámetros
importantes, como la profundidad de la interfase en algún punto y la ecuación que rige a la
interfase.
Profundidad de la Interfase: se pueden determinar mediante medidas piezométricas o por
medidas directas. En las medidas piezometricas, existen formulas que permiten determinar la
localización de la interfase. Se analizaran 3: Formula de Ghyben-Herzberg, Formula de Hubbert
y Formula de Luszinsky.
- Fórmula de Ghyben-Herzberg. Se basa en la existencia de un equilibrio estático entre el
agua dulce y el agua salada. Supone que la superficie de separación entre el agua dulce y
salada es plana, que no existen gradientes de recarga y que no existen pérdidas de carga del
agua de mar en su avance hacia el acuífero. La formula es:
Donde:
z: profundidad de la interfase respecto al nivel del mar (m).
dd: densidad agua dulce (kg/m3).
ds: densidad agua salada (kg/m3).
H: altura del nivel piezométrico sobre el nivel del mar (m).
Según esto tenemos que por cada metro de agua dulce sobre el nivel del mar en un
determinado punto, la interfase se sitúa a una profundidad de 40 metros. Este valor sirve
para valores de densidad normales (1000 gr/cm3
para agua dulce y 1025 gr/cm3 par agua
salada). Para otros valores de densidad tenemos que el valor varía entre 50 y 33 para
densidades de agua salada entre 1020 y 1030 gr/cm3.
- Fórmula de Hubbert. Es más exacto que Ghyben-Herzberg debido a que considera un
equilibrio dinámico. En este caso se necesita de la medición de dos piezómetros, uno en el
agua salada y otro en al agua dulce. Ambos deben ubicarse próximos a la interfase. La
formula es:
Donde:
z: profundidad de la interfase respecto al nivel del mar (m).
dd: densidad agua dulce (kg/m3).
ds: densidad agua salada (kg/m3).
Hd: altura del nivel piezométrico del agua dulce sobre el nivel del mar (m).
Hs: altura del nivel piezométrico del agua salada sobre el nivel del mar (m).
98
Se observa que el primer término corresponde a la fórmula de Ghyben-Herzberg. El
segundo corresponde a la corrección al considerar el flujo de agua salada. Tenemos que
para las zonas cercanas al mar o al salar, existen grandes diferencias entre los valores de z
calculados mediante las formulas de Ghyben-Herzberg y de Hubbert, siendo mayores las
profundidades de la interfase estimadas con esta última. Para zonas más alejadas a la costa
o al salar la ley de Ghyben-Herzberg da resultados satisfactorios.
- Fórmula de Lusczinsky. A diferencia de las dos fórmulas anterires, esta considera a la
interfase como una zona de mezcla con un espesor determinado. Este método considera tres
tipos de niveles, por lo que en la práctica requiere de tres sondeos ranurados: uno en el agua
dulce, otro en el agua salada, y un tercero en la zona de mezcla.
Donde:
zd: profundidad del contacto agua dulce agua salada de transición (m).
dd: densidad agua dulce (kg/m3).
ds: densidad agua salada (kg/m3).
da: densidad media del agua entre agua dulce y agua salada
Hdp: altura del nivel piezométrico del agua dulce sobre el nivel del mar (m).
Hsp: altura del nivel piezométrico del agua salada sobre el nivel del mar (m).
Hda: altura del nivel piezométrico del agua con una repartición de la salinidad idéntica a la
del terreno (nivel del agua ambiental).
La resolución de estas dos ecuaciones se hace iterativamente.
La principal limitación de estas fórmulas teóricas radica en la frecuente heterogeneidad y
anisotropía del medio, tanto en acuífero kársticos como detríticos. Las diferencias de
permeabilidad y la existencia de procesos de semiconfinamiento conllevan dificultades en
la precisión de las determinaciones piezométricas e impiden la geometría regular de la
interfase.
- Métodos Directos: Las medidas de determinados parámetros (conductividad, temperatura,
etc) a lo largo de sondeos penetrantes en el sustrato salino puede ayudar a determinar la
ubicación de la interfase agua dulce agua salada. Estos sondajes pueden aportar mejor
información si la estratificación hidroquimica en el sondeo se corresponde con la del
acuífero. Este método es el más apropiado y generalmente se lleva a cabo mediante logs de
conductividad.
En este caso hacen falta ciertas condiciones en el sondeo de observación como es que tenga
suficiente profundidad y que se encuentre totalmente ranurado, de manera que la
distribución de salinidades en el sondeo corresponda a la que existe en el acuífero. Se
obtienen curvas de salinidad en las que se puede diferenciar claramente los tres niveles:
agua dulce, agua de mezcla y agua salada.
99
El control periódico de estos pozos de observación puede aportar información suficiente no
solo para la determinación de la interfase, sino también para conocer las variaciones de la
posición de la interfase y por tanto, la sensibilidad del acuífero frente a los estímulos.
Ecuación de la Interfase: existen formas de obtener posición de la interfase y el flujo de
agua dulce al mar o salar en ausencia de la zona de mezcla. Estas formas tiene los
siguientes supuestos: acuífero homogéneo, no hay zona de mezcla, flujo horizontal, es
válida la ley de Ghyben-Herzbers y la Ley de Darcy. Analizaremos estas ecuaciones para
acuífero libre.
- Acuífero Libre. La penetración de la cuña salada en un acuífero libre se puede calcular con
al siguiente fórmula:
Donde:
L: penetración de la cuña salada (m)
dd: densidad agua dulce(kg/m3) .
ds: densidad agua salada (kg/m3).
da: densidad media del agua entre agua dulce y agua salada
ha: altura del nivel piezométrico del agua dulce sobre el nivel del mar (m).
K: conductividad hidráulica (m/día)
4.5.1.4.2 Detección de la Intrusión Salina
El proceso de intrusión salina puede ser estudiado desde diferentes puntos de vista, como por
ejemplo: geofísicos, isotópicos, geoquímicos, modelos matemáticos, etc.
Métodos Geoquímicos: suelen ser muy eficientes en el diagnostico de los procesos
salinizadores de las aguas, permitiendo no solo su detección, sino también, en numerosas
ocasiones, la determinación de su origen. Consisten en el estudio detallado de la
composición química del agua.
La intrusión salina provoca modificación en las características fisicoquímicas del agua en el
acuífero, la cual obedece no solo a los aportes iónicos del agua del mar, sino también al
resultado de procesos químicos o fisicoquímicos que tienen lugar en la zona de contacto
agua dulce agua salada y que responden, en gran medida, a la interacción entre las fases
acuosa y solida del acuífero.
El proceso de intrusión marina tiene como efecto el incremento de la concentración de
determinados iones en el agua, cuya concentración en el agua salada es muy superior a la
que habitualmente se encuentra en el agua dulce. El análisis de estos iones puede ayudar a
determinar la presencia o ausencia del proceso de intrusión salina. Normalmente se analizan
solo las especies mayoritarias (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, nitratos, calcio,
magnesio, sodio y potasio) y en casos especiales se determinan algunos iones minoritarios,
100
que se escogen en función del problema investigado (metales pesados, estroncio, litio, boro,
bromuro, yoduro, etc.).
Es útil utilizar métodos de representación para reconocer tipos de agua y orígenes similares,
o para analizar evoluciones tanto espaciales como temporales. Entre los métodos de
representación más usados tenemos: Diagramas de Pipper, Stiff y Schoeller, Mapas de
isocontenidos, relaciones iónicas con el ion cloruro, representativo de la mezcla agua dulce
– agua salada.
A continuación veremos como el contenido de los distintos iones ayudan a determinar el
grado de intrusión salina existente. Es importante considerar que el contenido de cada uno
de los iones no solo depende de las concentraciones de las fases originales, salada y dulce,
sino también de la intervención de los procesos fisicoquímicos que tienen lugar en la
interacción agua-roca. Básicamente los principales procesos involucrados son los
relacionados con la disolución y/o precipitación de los carbonatos, los procesos redox y el
intercambio iónico.
- Iones Mayores: Con respecto a los iones mayores tenemos que el agua de mar presenta un
alto contenido de sólidos disueltos y un predominio de los iones Cloruro (Cl-), Sulfato
(SO42-
), Sodio (Na2+
) y Magnesio (Mg2+
), mientras que el agua dulce tiene predominio de
los iones Bicarbonato (HCO3-) y Calcio (Ca
2+).
Con la intrusión salina, el agua subterránea sufre una serie de modificaciones en su
contenido de iones mayores. Estos iones, así como algunas relaciones iónicas pueden ser
indicadores del proceso de intrusión. La Tabla 4.5 expone distintos indicadores que pueden
ser usados para este fin.
Tabla 4.5 Indicadores de Iones Mayores
Indicador Características
Cl-
Conservativo (no se ve afectado por procesos
modificadores). Su origen está ligado estrechamente a
contribuciones de agua salada.
rCl- / rHCO3
-
Como el cloruro prevalece en agua salada y el
bicarbonato lo hace en agua dulce, el rápido
incremento de esta relación es un excelente trazador
de intrusión salina. En agua salada sus valores oscilan
entre 20 y 50, mientras que en agua dulce varía entre
0,1 y 5.
rSO42-
/ rCl-
Esta relación tiene un valor característico (0,1) en el
agua salada, por lo que un acercamiento de los
valores de esta relación a este valor puede ser indicio
de contaminación por intrusión salina.
rMg2+
/ rCa2+
Puede considerarse indicativa de intrusión salina,
especialmente si su incremento va acompañado de un
aumento del contenido de cloruros y de la relación
rCl-/rHCO3
-
Fuente: CASTILLO EMILIO, MORELL IGNACIO. La Hidroquimica en los Estudios de Intrusión Salina en los Acuíferos
Españoles. 2003.
- Iones Menores: se puede analizar una familia muy amplia de iones menores, aunque
habitualmente se tienen en cuenta solo algunos de ellos: Boro (B), Bromuro (Br), Litio (Li),
Estroncio (Sr) y Yodo (I). Todos ellos están presentes en el agua salada en concentraciones
101
mucho mayores que en el agua dulce subterránea, por lo que pueden ser indicadores
alternativos de intrusión salina. La Tabla 4.6 detalla características de estos indicadores.
Tabla 4.6 Indicadores de Iones Menores
Indicador Características
B Si no hay otras fuentes de boro es un buen indicador.
Se usa poco.
Br Es un buen indicador, el problema es su difícil
determinación analítica.
Sr
Buen indicador, su problema es que el agua salada no
es la única fuente de estroncio, por lo que puede
llevar a conclusiones erróneas.
Li
Buen indicador si no hay otras fuentes de litio, ya que
en este caso existe una relación lineal entre el
contenido de litio y el contenido del ion mayor
cloruro. Fuente: CASTILLO EMILIO, MORELL IGNACIO. La Hidroquimica en los Estudios de Intrusión Salina en los Acuíferos
Españoles. 2003.
Métodos Geofísicos: Existe un parámetro geofísico representativo de las características del
subsuelo, que es inversamente proporcional a la salinidad del agua que rellena el espacio
poroso. Este parámetro es la resistividad eléctrica. La resistividad de una disolución
disminuye drásticamente con el aumento de la salinidad llegando a valores extremadamente
bajos.
Así, las medidas de resistividad realizadas con técnicas geofísicas constituyen a priori un
método directo para detectar zonas salinizadas. Los métodos geofísicos más usados para
estudiar la intrusión salina son: sondeos eléctricos verticales (SEV), sondeos de
polarización inducida (SPI), sondeos electromagnéticos en el dominio de tiempos (SEDT),
perfiles electromagnéticos en el dominio de frecuencias, etc.
El método más ampliamente usado es el SEV. El método SEV presenta una característica
destacable para su empleo en el estudio de la intrusión salina. Se trata de su capacidad para
detectar variaciones verticales de resistividad, a nivel puntual, o laterales cuando se
comparan resultados de SEV próximos. Detalles del método SEV se presentaron en el
capítulo 4 del presente trabajo de titulo.
Métodos Isotópicos: La variación de los isotopos ambientales ayudan en la identificación y
estudio del origen de la salinización de aguas subterráneas. Tanto el agua de mar como el
agua dulce presentan composiciones isotópicas generalmente bien definidas.
Entre los isotopos ambientales, los isotopos estables de hidrogeno y oxigeno son los usados
habitualmente en los estudios de interconexión entre agua salada y agua subterránea. El
hidrogeno presenta dos isotopos estales de masa 1 y 2. El segundo se denomina deuterio y
su abundancia es próxima a unos 160 átomos por millón. El oxigeno se compone de tres
isotopos estables, de masas 16, 17 y 18, siendo la abundancia de este ultimo de
aproximadamente unos 200 átomos por millón. El isotopo de masa 17 es raramente
utilizado en trabajos geoquímicos.
La intrusión salina modifica el contenido isotópico del agua subterránea. Los isotopos
estables de hidrogeno y oxigeno son totalmente conservativos en el agua. Existe una
102
correlación univoca entre el oxigeno-18 y el deuterio, con el contenido de cloruros. Como
ya explicamos previamente el cloruro es uno de los indicadores más usados y más precisos
de la existencia de intrusión salina. Luego, debido a la correlación existente, la presencia de
estos dos isotopos indicaría también la existencia de la intrusión.
Modelos Matemáticos: Usando las técnicas de modelación detalladas en el capítulo 4 se
puede simular la intrusión salina que podría ocurrir en un acuífero cercano al mar o a un
salar, debido a la sobreexplotación. Para simular la intrusión se deben considerar las
distintas densidades del agua dulce y salada, ya que el patrón de flujo del agua subterránea
recibirá la influencia de las diferencias de densidades. Existen modelos especializados que
consideran la diferencia de densidad y resuelve los problemas de flujo y transporte
combinados. Estos modelos de densidades variables permite realizan simulación y manejo
de reservas de salmueras, predecir la intrusión salina y considerar el impacto ambiental del
bombeo de agua subterránea desde cuencas próximas a salares y mares.
Según la forma que interactúa el agua dulce con el agua salada, los modelos se pueden
clasificar en modelos de densidad variable y de interfase abrupta. La Tabla 4.7 hace una
comparación entre las características de los dos tipos de modelo.
103
Tabla 4.7 Comparación de Modelos Numéricos Clasificados según el tipo de Interfase
Fuente: GARCIA HUIDOBRO FELIPE. Modelación Numérica Preliminar del Acuífero Costero de la Quebrada de Los
Choros. Tesis para optar al título de Geólogo. 2007.
4.5.1.4.3 Métodos de Compensación
Existen varios métodos de prevención y control de la intrusión salina. Por ejemplo: disminución del
caudal bombeado, reubicación de los pozos de bombeo, barreras de inyección, barreras de
depresión, recarga artificial, colectores, etc
La disminución del caudal bombeado se puede aplicar si la explotación es superior a la recarga. La
magnitud de esta disminución es la que permita alcanzar la condición de equilibrio deseada. Las
complicaciones de este método son el agua que se pierde hacia el mar, la necesidad de encontrar
otra fuente de abastecimiento alternativo y la lenta velocidad de retroceso de la intrusión.
Las barreras de inyección consisten en establecer una recarga de manera que en cualquier punto se
tenga una elevación piezometrica mayor que el potencial de agua dulce necesario para evitar el flujo
104
de agua salada hacia el interior del acuífero. La elevación piezometrica necesaria crece a medida
que el acuífero es más profundo. Los problemas de este método son la necesidad de disponer de una
gran cantidad de agua de inyección, que es muy cara, y el alto costo de mantención de los pozos. La
ventaja es minimizar las pérdidas de agua hacia el mar o salar.
La recarga artificial consiste en la formación y mantenimiento de una cresta de presión de agua
dulce, adyacente y paralela al mar o salar, a suficiente altura sobre el nivel del agua salada como
para rechazar al agua salobre. Este método requiere disponer de agua barata, como aguas residuales
o agua de lluvia.
4.5.1.4.4 Resumen Metodología
Se presenta un resumen de la metodología explicada previamente.
Figura 4.15 Resumen Metodología Intrusión Salina Fuente: Elaboración Propia
105
4.5.2 Metodología para determinar impactos de un Lago de Mina
Los lagos de mina tienen el potencial de causar cambios a largo plazo en los sistemas hidrológicos y
en la calidad del agua. Estos son los dos impactos importantes asociados a un lago de mina.
Analizaremos los dos impactos por separado.
4.5.2.1 Calidad del Agua
La calidad del agua que se formará donde estaba ubicado el rajo será degradada debido a dos
factores: la generación de ácido y los procesos de evapoconcentración. La generación de ácido se
debe a los compuestos presentes en las paredes del rajo (ver sección 4.3.3 sobre drenaje ácido). La
evopoconcentracion corresponde al aumento en las concentraciones de los componentes disueltos
en el agua del lago de rajo en el tiempo, debido a la evaporación del agua del lago.
Uno de los mayores impactos que tienen un lago de mina, es que cantidades masivas de metales y
sales solubles estarán disponibles para ser disueltas desde las paredes a medida que el rajo se va
llenando. Además, en el rajo, una vez lleno, las concentraciones de los diferentes metales y no
metales se incrementarían con la evaporación, causando de manera permanente una concentración
de los solubles disueltos.
Las características químicas que los lagos de mina presentan, dependen en general de la
composición de las aguas subterráneas locales, la composición de las rocas que lo albergan, la
química de la zona vadosa circundante y la calidad y cantidad de la escorrentía de la cuenca. Las
rocas que durante el desagüe del rajo estaban expuestas a condiciones oxidantes, al ser inundadas
sufren una serie de reacciones que influirán en gran medida en su futuro carácter ácido. En general,
que un lago minero presente buena calidad del agua dependerá de alguna de las siguientes
condiciones: baja disponibilidad de pirita, altas concentraciones de carbonatos y/o frecuencia de
entradas de materia orgánica y nutrientes inorgánicos.
Es posible predecir si se generará agua ácida en las paredes del rajo al descargar el agua subterránea
sometiendo muestras de este suelo a pruebas estáticas y cinéticas. Estas pruebas tienen por objetivo
el caracterizar el material presente en las paredes del rajo, a fin de determinar si el material puede
generar drenaje ácido y cuales serian las características de este. Más adelante se verán en detalle.
En una matriz de roca de depósitos mineros, es común encontrar minerales generadores y
neutralizadores de acidez, y dependiendo de la calidad de mineral que reacciona, así como la
velocidad con que ocurren esas reacciones, ese depósito minero generará o no drenaje ácido. Si un
depósito genera drenaje ácido, es importante conocer la calidad de aquel drenaje, a fin de
implementar las medidas de solución más adecuadas. Para determinar estos aspectos, existen los
ensayos estáticos y cinéticos.
Los ensayos estáticos son ensayos de tipo cualitativo cuyo fin específico es determinar si un
material de roca es capaz o no de generar drenaje ácido. Los ensayos cinéticos son ensayos de tipo
cuantitativo que se realizan sobre materiales que tienen el potencial de generar drenaje ácido con el
fin de conocer las características que tendría ese drenaje una vez que se origine, y en algunos casos
utilizar los datos generados en el ensayo para alimentar modelos que permitan predecir la calidad
del drenaje ácido en el futuro.
En caso de generarse el drenaje ácido, las concentraciones de los componentes arrastrados desde las
paredes del rajo hacia el lago pueden aumentar debido al factor de la evapoconcentración. La
evapoconcentración se puede describir por la aproximación transitoria siguiente:
106
Donde:
C: concentración (kg/m3)
M: masa en solución (kg)
V: volumen de agua en el lago de mina (m3)
t: tiempo (dia)
Los mayores problemas en un lago de mina con mala calidad de agua ocurrirán si se produce rebose
de este. Es necesario determinar si esto ocurrirá para tomar medidas en caso que si pase. Esto se
puede determinar con el balance de aguas, donde se realizar un análisis de todo lo que ingresa al
lago (agua subterránea que ingresa por las paredes del rajo, precipitación, posible caudal artificial,
etc) y de lo que sale del lago (evaporación, posibles infiltraciones, etc). Haciendo un balance año a
año es posible determinar cuándo se llegará al equilibrio en el lago (situación en que lo que entra es
igual a lo que sale). Si este equilibrio se puede lograr a una cota menor a la de la altura superior del
rajo no habrá problema de rebose. En caso que el balance indique que el equilibrio se logrará en una
altura que es mayor que la altura superior del rajo, si se producirá rebose. Estas situaciones deben
ser previstas al analizar el impacto.
4.5.2.2 Balance de Aguas
Cuando cesa el desaguado de la mina, el rajo comienza a llenarse de agua subterránea, formando un
lago de mina. El sistema hidrológico, tanto las componentes subterráneas como las superficiales,
empiezan a establecer un nuevo equilibrio, que pueden o no ser similares a las condiciones pre
mina. La velocidad a la que esto ocurre y las condiciones de la restauración dependen de varios
factores, como la hidrogeología local, el tamaño del rajo, la magnitud y duración del desaguado
durante la operación minera, las condiciones climáticas, etc.
El balance de agua en un lago de mina puede ser descrito en términos del volumen (i.e, los flujos
por tiempo) por la ecuación:
Dónde.
Vin: Volumen que ingresa al rajo (agua subterránea)
Vout: Volumen que sale del rajo (agua subterránea)
Ve: Volumen evaporado desde la superficie del lago de mina (evaporación neta y
evapotranspiración)
V∆t: Cambios en el volumen almacenado (cambios en el nivel de agua por área)
La tasa de flujo del agua subterránea es proporcional a dos factores principales: la conductividad
hidráulica (o permeabilidad) de las rocas que componen el rajo, y el gradiente hidráulico entre el
nivel del agua en el pozo en cualquier punto en el tiempo y algunos puntos distantes en que el nivel
del agua se ha visto afectado por la actividad minera y el desaguado. Este último factor es una
función de la conductividad hidráulica y del almacenamiento.
107
Como el gradiente hidráulico es más pronunciado al inicio, tenemos que la tasa de relleno será
mayor al principio de la recuperación, y irá disminuyendo en el tiempo. La tasa de relleno es
también una función del volumen por unidad de profundidad del rajo, lo que aumenta a medida que
se va llenando el rajo debido a la forma cónica que tiene. Si el desaguado ha ocurrido por mucho
tiempo, o si el almacenamiento de las rocas es bajo (algo usual para la mayoría de las rocas),
entonces el tiempo de relleno puede ser bastante largo.
La evaporación puede ser una variable importante en el proceso de llenado del lago de mina. El
volumen evaporado incluye la pérdida neta de agua desde la superficie del lago de mina
(evaporación menos precipitación directa) y la evapotranspiración de cualquier vegetación asociada
al lago. La evaporación depende de múltiples factores, como la temperatura del agua, la temperatura
del aire, la velocidad el viento, la humedad, la radiación, etc.
Realizando el balance de aguas es posible determinar el tiempo de llenado del lago de mina, que
dependerá del balance entre el agua que ingresa y el agua que sale.
4.5.2.3 Acciones para disminuir impactos
Luego de leer estudios de impacto ambiental sobre estos temas se encontraron dos acciones
usualmente usadas para intentar disminuir el impacto causado, una para reducir la disminución de
la calidad del agua y la otra para el balance de agua.
En el caso de la reducción de la calidad del agua, en diversos proyectos se ha usado la cal para
disminuir la formación de aguas acida en el lago. La cal logra aumentar el pH del agua que escurre
por las paredes del rajo, disminuyendo de esta forma su acidez. Esta cal se ingresa durante el
llenado del rajo.
La segunda acción consiste en agregar agua artificial al rajo de modo que el llenado se complete de
manera más rápida. Esto ayuda a estabilizar en menor tiempo un sistema inestable como es un lago
en proceso de llenado. El problema con esta acción consiste con conseguir esta agua, que
usualmente corresponde a cantidades muy elevadas.
4.5.2.4 Resumen Metodología Lagos de Mina
En la Figura 4.16 se muestra un resumen de la metodología explicada.
108
Figura 4.16 Resumen Metodología Lago de Mina Fuente: Elaboración Propia
4.5.3 Metodología para Determinar Formación de Drenaje Ácido
Existe múltiple información sobre la generación de drenaje ácido, siendo claramente el tema más
discutido de la minería. La dinámica del drenaje ácido es muy compleja. Se puede producir debido a
varios factores por lo que es necesario caracterizar la zona completamente para poder predecirlo.
El fenómeno del drenaje ácido presenta, en general, características similares en todos los lugares
donde se presenta, pero tanto las condiciones que favorecen su generación, como las características
y particularidades de cada faena minera son por lo general disimiles, e influyen sobre el fenómeno,
y directamente en la naturaleza de la cinética de las reacciones de generación de ácido39
.
Existen pruebas de laboratorio que simulan las reacciones de generación de ácido y para estimar la
calidad del drenaje en muestras representativas de rocas. Estas pruebas son extrapoladas a las
condiciones del terreno, sobre la base de una interpretación de la relación entre valores de pruebas
de laboratorio y las condiciones del terreno, y los factores físicos y químicos que controlan la
generación del drenaje ácido.
39
Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Acido en la Industria Minera. Chile. 2002.
109
Para realizar esta sección del trabajo de titulo, se revisaron principalmente dos publicaciones sobre
el tema. La primera es una guía peruana llamada “Guía Ambiental para el Manejo de Drenaje Ácido
de Minas”. La segunda es una guía chilena publicada por el Consejo Minero, llamada “Guía
Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera”.
4.5.3.1 Factores que inciden en la Formación de Drenaje Ácido
En primer lugar analizaremos los factores que inciden en la formación del drenaje ácido, ya que un
primer análisis será el estudiar las condiciones de la zona donde se ubica el proyecto y ver si se
presentan estos factores que causan drenaje. Como ya mencionamos, en general, el drenaje ácido en
si presenta características similares en todos los lugares donde se origina, pero las condiciones que
favorecen su generación, así como las particularidades de cada faena minera, influyen directamente
en la cinética de las reacciones de generación de ácido. De esta forma, el potencial y la naturaleza
que presente el drenaje ácido, serán específicos del sitio donde se encuentre emplazado el
yacimiento minero.
Pese a la variabilidad espacial que se puede encontrar, los principales factores que inciden en la
generación, transporte y efectos del drenaje ácido pueden ser agrupados en tres factores: primarios,
secundarios y terciarios (Ferguson y Ericsson, 1989).
Los factores primarios son los que determinan la cantidad de ácido que se puede generar de un
medio determinado.
Los factores secundarios son los que determinan la cantidad de ácido que puede consumirse en un
sistema determinado.
Los factores terciarios son los que determinan la velocidad en que se puede producir y transportar
las soluciones ácidas.
Los factores primarios, secundarios y terciarios pueden a su vez ser agrupados según su origen en
factores hidrológicos, geológicos y mineros, los cuales serán detallados a continuación.
Factores Hidrológicos: Tienen una influencia directa tanto en la generación de drenaje
ácido en la fuente, como en el transporte y los efectos que este puede producir en el medio
ambiente. La Tabla 4.8 muestra los factores hidrológicos más importantes.
110
Tabla 4.8 Factores Hidrológicos
Tipo Factor Características
Primarios
Disponibilidad de agua uno de los factores más importantes
pH inicial mientras más ácido más incide
Equilibrio hierro férrico/ferroso hierro es un agente oxidante
Actividad microbiológica presente en
el agua a mayor actividad más incide
Secundarios
Especiación y Concentración de
Elementos disueltos en al agua de
drenaje
Drenaje ácido aumenta los sólidos disueltos en el agua y
puede precipitar metales, por neutralización en el punto
de origen, antes del proceso de migración
Terciarios
Factores Climáticos
Se refiere a las variables consideradas en un largo plazo
(valores promedio y extremos). Involucra a la
precipitación, evaporación, sublimación, fusión de hielo
o nieve, humedal y caudales (factores que se agrupan en
el balance hídrico de la zona). En zonas áridas el
problema de drenaje es menor. La relación entre
evaporación y precipitación determina la disolución o la
acumulación de sales (ver Tabla 4.9)
Potencial de migración o transporte de
contaminantes en el medio receptor
Corresponde a la capacidad de los contaminantes
presentes en el drenaje ácido de migrar a través del
caudal hacia aguas abajo, de penetrar el suelo a través
de la percolación, de transportarse a través de las napas
por infiltración y de escurrir a otro medio ambiente
receptor.
Hidrogeología del yacimiento
Incluye las porosidades, permeabilidades y la
transmisividad de las rocas huéspedes, como factores
fundamentales de la velocidad del proceso, ya que el
agua es un componente crítico del proceso de oxidación
de los sulfuros.
Química natural y caudal de dilución
de los cuerpos receptores
Influye en el consumo de los productos de oxidación y
en la determinación del impacto del drenaje ácido, una
vez que este interactúa con ríos, arroyos y lagos. Fuente: Elaboración Propia en Base a Información de la Guía sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002
Tabla 4.9 Relación entre Factores Climáticos y Sales Solubles
Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
Factores Geológicos: Las características geológicas del material presente tiene una
influencia directa en la generación de drenaje ácido, ya que define la cantidad de elementos
generadores y neutralizadores de ácido presentes en la matriz de roca. La Tabla 4.10
resume los factores geológicos principales.
111
Tabla 4.10 Factores Geológicos
Tipo Factor Características
Primarios
Tipo de Yacimiento
Se refiere a la presencia de especies químicas capaces de neutralizar la
producción de ácido. Estas especies corresponden, en primer lugar, a
minerales alcalinos, y en segundo lugar, a los minerales silicatos y
aluminosilicatos.
Marco Litológico
La litología de la zona es un factor importante en la determinación del
potencial de generación de drenaje ácido, debido a que el drenaje dependerá
de la composición de las rocas, y de sus características físicas y químicas.
Cantidad y
Mineralogía de
Sulfuros
Influye en la cantidad de ácido que se puede generar. Los sulfuros de
estequiometria MS (ZnS, PbS, CuS, etc) generalmente no producen drenaje
ácido a través de mecanismos de oxidación por presencia de oxigeno, pero si
lo pueden hacer por reacción con Fe+3. Los sulfuros de estequiometria MS2
(Pirita FeS2) generan más protones a través de los procesos de oxidación con
todo tipo de oxidantes.
Resistencia de Sulfuros
a la Meteorización
Las concentraciones y mineralogías de sulfuros controlan la generación de
protones. La Tabla 4.11 presenta la resistencia de algunos minerales
sulfurados a la meteorización.
Disponibilidad de
Oxigeno
Depende del tipo y alteración del material, para que el oxigeno presente en el
aire pueda ingresar.
Secundarias
Disponibilidad,
Mineralogía y
Resistencia de
Especies Químicas
Neutralizantes
Se refiere a la presencia de especies químicas capaces de neutralizar la
producción de ácido. Estas especies corresponden, en primer lugar, a
minerales alcalinos, y en segundo lugar, a los minerales silicatos y
aluminosilicatos. La Tabla 4.12 muestra distintos tipos de especies químicas
neutralizantes y algunas características de ellas.
Terciarios
Tipo de Alteración
Las rocas no alterados o mineralizadas están menos expuestas a las
condiciones atmosféricas, y el potencial de producción de ácido en términos
cinéticos es bajo. En cambio en rocas alteradas existe una mayor porosidad
para el transporte de agua y oxigeno
Mineralogía de los
Productos de
Alteración
La meteorización de los yacimientos de sulfuros, a través de los procesos de
interacción con las aguas subterráneas, superficiales y la atmosfera, producen
un rango amplio de minerales secundarios, como óxidos, sulfatos, carbonatos
y arsenatos
Comportamiento
Electroquímico de los
Sulfuros
En los yacimientos que contienen varias especies de sulfuros, se forman
celdas electroquímicas de protección/corrosión galvánica (protección
catódica/disolución anódica), que afectan las tasas relativas de oxidación de
las especies químicas contenidas en las fases involucradas Fuente: Elaboración Propia en Base a Información de la Guía sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002
112
Tabla 4.11 Resistencia de Sulfuros a Meteorización
Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
Tabla 4.12 Resistencia de Neutralizantes
Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
Factores Mineros: Los factores mineros pueden influir tanto en la cantidad de ácido que se
puede generar, como en la cantidad de ácido que puede neutralizarse, así como en el
transporte del drenaje ácido. La calidad de las aguas de mina está controlada por factores
antropogénicos. La Tabla 4.13 resume los factores mineros más importantes.
113
Tabla 4.13 Factores Mineros
Tipo Factor Características
Primarios
Ubicación del Yacimiento
La altura de la mina, del relave o de los estériles influye
directamente en la disponibilidad y concentración de
oxigeno, en la temperatura atmosférica y del agua, en la
velocidad de oxidación bacteriana y por consiguiente en la
velocidad de oxidación de los sulfuros.
Cantidad de Sulfuros en los
Residuos o Instalaciones
Mineras
Factor que depende del tipo de residuo. Los estériles
pueden contener una fracción significativa de sulfuros, los
cuales si quedan expuestos a la atmosfera y a las
precipitaciones pueden generar drenaje. Los relaves
pueden llevar sulfuros, pero se caracterizan por su alta
alcalinidad inicial.
Secundarios Química del agua de drenaje a
lo largo de la ruta del flujo
Influye en la cantidad de ácido que puede ser neutralizada
en un ambiente dado.
Terciarios
Características Físicas del
Material de Residuo Minero
Se refiere a la forma en que son depositados los residuos
(estériles o relaves), al tamaño de partícula, el método de
construcción del botadero, etc. Esto es importante al
determinar la permeabilidad en el botadero.
Factores Hidrogeológicos del
Material de Residuo
Incluyen la porosidad y la permeabilidad del material de
residuo. En los estériles el drenaje puede detectarse
después de horas o días de una lluvia, mediante el
desarrollo de rutas de flujo de infiltración preferenciales.
En los relaves la infiltración se mueve muy lenta y
uniformemente hacia abajo, a medida que el agua
intersticial drena del embalse y es gradualmente
desplazada por el agua contaminada con drenaje ácido,
generada en la superficie. Por esto pueden pasar años antes
que sea detectada. Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
La combinación de estos factores va determinando el potencial de generación de ácido de una zona
dada.
Este amplio número de factores que influyen en la generación de drenaje ácido dificulta la
predicción del desarrollo de drenaje ácido, por lo que cualquier predicción tendrá un margen de
error que sólo permitirá tener nociones aproximadas de los que puede ocurrir a futuro.
4.5.3.2 Métodos de Muestreo
Una vez caracterizada completamente la zona, se debe dar inicio a la recolección de muestras que
serán sometidas a pruebas existentes para determinar el potencial de generación de ácido (serán
descritas más adelante). Las muestras deben ser representativas de todas las unidades geoquímicas y
de todas las áreas relevantes, como relaves, estériles, sedimentos, aguas superficiales y
subterráneas, etc. Es importante centrarse en material con contenido mineral, que es el que define el
potencial de drenaje ácido de una roca.
El muestreo debe ser en etapas. A medida que se avanza en las etapas se debe ir centrando en
aquellas unidades que muestran mayor variabilidad en las etapas anteriores (y que por lo tanto no
son claramente generadoras o consumidoras de ácido).
114
Respeto al número y tamaño de las muestras, están deben reflejar la cantidad de cada unidad y la
acumulación propuesta de material. Además se deben analizar más en detalle aquellas áreas
preocupantes, como los depósitos de estériles y de relaves.
Las muestras serán sometidas en primer lugar a pruebas estáticas, las cuales ayudaran a determinar
si el material es capaz o no de generar drenaje ácido. Si estas pruebas arrojan una respuesta positiva,
entonces serán sometidos a pruebas cinéticas, las cuales entregan información sobre las
características del drenaje generado.
4.5.3.3 Ensayos que caracterizan el material
Lo primero que se debe determinar es si el material presente en el yacimiento es generador de
drenaje ácido. Luego, es necesario tener alguna noción de la calidad que presentará ese drenaje.
Como ya se mencionó, en una matriz de roca de depósitos mineros, es común encontrar minerales
generadores y neutralizadores de acidez, y dependiendo de la calidad de mineral que reacciona, así
como la velocidad con que ocurren esas reacciones, ese depósito minero generará o no drenaje
ácido. Además si un depósito genera drenaje ácido, es importante conocer la calidad de aquel
drenaje, a fin de implementar las medidas de solución más adecuadas. Para determinar estos
aspectos, existen una gama de ensayos químicos y bioquímicos, clasificados como ensayos estáticos
y cinéticos.
Los ensayos estáticos son ensayos de tipo cualitativo cuyo fin específico es determinar si un
material de roca es capaz o no de generar drenaje ácido. Los ensayos cinéticos son ensayos de tipo
cuantitativo que se realizan sobre materiales que tienen el potencial de generar drenaje ácido con el
fin de conocer las características que tendría ese drenaje una vez que se origine, y en algunos casos
utilizar los datos generados en el ensayo para alimentar modelos que permitan predecir la calidad
del drenaje ácido en el futuro.
4.5.3.3.1 Ensayos Estáticos
Estos ensayos indican si un material determinado puede o no generar drenaje ácido, sin entregar
ningún tipo de referencia respecto a cuándo comenzaría esta generación, ni que características
tendría ese drenaje. Son en general simples, rápidos y de bajo costo. Con sus resultados se identifica
a los materiales que podrían llegar a generar drenaje ácido y que deberán ser sometidos
posteriormente a ensayos cinéticos. Estos ensayos realizan un balance entre los minerales
potencialmente generadores y aquellos potencialmente consumidores de ácido en una muestra, y en
teoría, una muestra será generadora neta de ácido si su capacidad de generación de ácido excede a
su capacidad de neutralización. Los ensayos estáticos más usados son el pH Pasta y el Test ABA.
pH Pasta: proporciona una indicación de la acidez total almacenada en una muestra, así
como la extensión en la que ha ocurrido la oxidación antes de un análisis más acabado.
La ejecución del ensayo se realiza moliendo 10 gramos de muestra a una granulometría de
malla 100, la cual se mezcla con agua desionizada para formar una pasta con
aproximadamente 66% de solido. Luego se le mide el pH a esta pasta y se evalúa según el
criterio siguiente
115
Tabla 4.14 Criterio pH Pasta
pH < 3 Material altamente ácido
3 < pH < 5 Material ácido
5 < pH < 8 Material no ácido
8 < pH Material con carbonato altamente reactivos,
por lo que es neutralizante de acidez Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
El pH pasta sólo entrega una noción sobre la cualidad de un material de generar acidez en
su condición actual, pero sus resultados no dan ningún indicio de lo que puede pasar en el
futuro con la muestra, de modo que puede ocurrir el caso de que el resultado de una muestra
indique un pH mayor que 8, pero que en el futuro la capacidad de neutralizar se agote y
aquella muestra comience a generar ácido. Otra debilidad de este ensayo es que en caso de
presentarse una muestra que contenga las especies minerales sulfurados en la superficie de
los conglomerados de la roca, y los neutralizantes en su interior, al ser molida el material
neutralizante quedaría expuesto, por lo que el pH medido podría dar valores cercanos a la
neutralidad, e incluso alcalinos, siendo que en la condición natural aquel material podría
generar ácido ya que solo actuarían las especies sulfuradas, debido a que las neutralizantes
están encapsuladas.
Test ABA: el balance ácido base (Acid Base Accounting – ABA) es un ensayo estático que
realiza una comparación entre la capacidad de generar ácido, y la capacidad de neutralizar
ácido que presenta una muestra, es decir, compara su Potencial de Acidificación (AP) con
su Potencial de Neutralización (NP). El AP indica la capacidad de los minerales sulfurados
de generar ácido y generalmente se estima utilizando el contenido total de azufre de la
muestra, por medio de la relación % S*31,2540
. El NP se mide por titulación y expresa en
términos del equivalente en kg de CaCO3 por tonelada de muestra. Ambos potenciales se
relacionan por medio del Potencial Neto de Neutralización (NNP) mediante la siguiente
fórmula:
Según el valor obtenido se puede determinar si una muestra presenta o no la capacidad de
generar drenaje ácido en base al siguiente criterio:
Tabla 4.15 Criterios Test ABA
Generación de Acidez Valor NNP
No Genera NNP > 20
Incierto -20 < NNP < 20
Genera -60 < NNP < -20
Genera Significativamente NNP < -60 Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
Como parte del azufre puede encontrarse en especies sulfatadas, las cuales no generan
acidez, es que el cálculo de AP puede sobreestimar la cantidad que realmente genera ácido,
40
El factor 31,25 se utiliza para relacionar la acidez total producida con la alcalinidad equivalente, expresada
como Kg CaCO3/ton muestra.
116
ya que este considera el contenido total de azufre. Para corregir esta sobrevaloración, se
estima el % de sulfuro lixiviable de la muestra, y por medio de él se calcula el Potencial
Refinado de Neutralización (RNNP), el cual se define como:
El valor de RNNP entrega una noción más exacta sobre el potencial de generación de
drenaje ácido que presenta una muestra, ya que en el cálculo considera la fracción de
sulfuro lixiviable presente en ésta, así como el azufre total en forma separada.
Otro criterio para determinar si un material presenta potencial de generar drenaje ácido es
en base al resultado de la razón NP/AP. Tenemos:
Tabla 4.16 Potencial de Generación de Drenaje Ácido
1 < NP/AP < 3 Zona de incertidumbre
NP/AP > 3 Bajo riesgo de generar ácido
NP/AP < 1 Probable generador de drenaje ácido Fuente: Consejo Minero. Guía Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Chile. 2002.
4.5.3.3.2 Ensayos Cinéticos
Si a un material se le han aplicado pruebas estáticas, y los resultados de éstas indican que presenta
potencial de generar drenaje ácido, resulta de interés conocer la forma en que se manifestará este
drenaje, es decir, la cinética que presentará.
Los ensayos cinéticos intentan aclarar las distintas incertidumbres generadas con los resultados de
las pruebas estáticas, y además proporcionan información que podría ser extrapolada a fin de dar
indicios sobre el tiempo requerido para que se manifiesten las distintas etapas de la cinética de
generación de drenaje ácido. Otro aspecto de importancia dentro de los ensayos cinéticos, es que
permiten estudiar y considerar el efecto de la actividad bacteriana en el proceso de generación.
Entre los principales ensayos cinéticos se encuentran los Test de Celdas Húmedas, los Ensayos en
Batch, el Ensayo British Columbia y las Columnas de Lixiviación.
Celdas Húmedas: ensayo que se realiza en una cámara o contenedor de plástico cerrada, la
cual debe tener dos aberturas a fin de permitir el ingreso y salida de aire con y sin humedad,
además de permitir el ingreso de la solución lixiviante y la salida del lixiviado. Dura al
menos 10 semanas con ciclos de 7 días.
Se trabaja con muestras de material chancado a tamaño de partícula menor a 2,4 mm y en
cantidad de 200 gramos, los cuales se colocan dentro del recipiente y se da inicio a los
ciclos. Cada ciclo consta de los siguientes pasos: se circula aire húmedo por 3 días, luego se
circula aire seco por 3 días más y finalmente se ingresa la solución lixiviante en un volumen
de 3 litros en el día 7, durante 4 horas, para posteriormente retirar la solución por medio de
goteo para analizarla.
Este ensayo modela muy bien el potencial de acidificación y de neutralización de una
muestra, permitiendo una buena aproximación a las condiciones de campo, y a las
velocidades de acidificación. Su principal desventaja es que demora bastante tiempo y es
caro.
117
Ensayo de Batch: consiste en suspender una cantidad determinada de muestra en una
solución, que puede ser agua destilada o una solución acida o alcalina, para luego someterla
a agitación. Luego se van retirando muestras a intervalos regulares, a fin de determinar los
parámetros de interés, como pH, sulfatos y metales disueltos.
Una cualidad del ensayo Batch es que dependiendo de la solución empleada, se puede llevar
el material a las situaciones más extremas, permitiendo llegar a la condición de “peor caso”,
escenario que puede ser utilizado como base para el desarrollo de medidas de mitigación o
eliminación del impacto que puedan generar las aguas ácidas.
Una desventaja del ensayo es que no se ejecuta durante un periodo suficiente de tiempo
como para permitir la formación total de acidez, pero a la vez si se prolonga por un periodo
demasiado largo, se puede perder representatividad de las muestras. Otra desventaja es que
de no emplearse la solución adecuada, se puede inhibir la producción de acidez.
Ensayo British Columbia: es un test cinético microbiano cuyo objetivo es determinar si el
material analizado puede generar drenaje ácido por acción de bacterias acidófilas. El test
considera incorporar bacterias a la muestra y mantenerlas en condiciones óptimas para su
proliferación, luego se va testeando el pH y si este llega a un rango menor a 3,5, indica que
el material es propenso a generar acidez por acción bacteriana.
El test se ejecuta primero acidificando la muestra a un pH entre 2,5 y 2,8, para permitir la
inoculación de bacterias acidófilas. Se mantiene así hasta que se detiene la actividad
microbiana (esto ocurre cuando no hay cambios en el pH). Luego se agrega una cantidad
adicional de muestra solida y se agita por 24 horas. Si el pH es mayor que 3,5 se detiene, si
no se agrega más muestra y se agita por 24 horas más. Si el pH está entre 3,5 y 4 se agrega
más muestra, si no se agrega más muestra y se agita por 48 horas, determinando el pH final.
Si las bacterias se mantienen en la muestra, hay una alta posibilidad que se pueda generar
ácido en los materiales caracterizadores. Si se genera insuficiente ácido, el pH de la
solución final estará por sobre los 3,5 y se determina que el material es no generador, por el
contrario, si el pH permanece bajo los 3,5, entonces hay una alta posibilidad que el material
genere acidez por acción bacteriana.
Ensayo en Columnas: las columnas de lixiviación son los ensayos cinéticos más
utilizados, principalmente porque se trata de un ensayo no estandarizado, de modo que
puede utilizarse para una amplia variedad de análisis. Se pueden trabajar las columnas con
solo algunos gramos de material, y con granulometría muy fina, hasta columnas con
toneladas de material en su estado natural.
Los ensayos cinéticos en general se montan utilizando dispositivos cilíndricos, dentro de los
cuales se ingresa la muestra a analizar. Luego se agrega la solución lixiviante por el sector
superior de esta, la que se puede ingresar por goteo, volteo directo, o por presión utilizando
para ello una bomba peristáltica.
4.5.3.4 Modelación Matemática del Potencial de Generación de Acidez
Las pruebas estáticas y cinéticas solo proveen una idea parcial del potencial de los residuos para
generar drenaje ácido. Para superar las incertezas inherentes en pruebas de corto plazo, además de
118
evitar los costos prohibitivos de las pruebas a largo plazo, algunos investigadores han desarrollado
modelos matemáticos para ayudar en la predicción de los efectos a largo plazo en la calidad del
agua de residuos generadores de ácido.
Existen modelos empíricos y determinísticos para el drenaje ácido de roca. Se presenta una
descripción de ambos.
Modelos Empíricos: están basados en relaciones estadísticas, como el análisis de la
correlación y la regresión entre parámetros de interés (por ejemplo, concentración de
metales en el drenaje ácido) y otras variables tales como el tiempo. Extrapolan valores de
oxidación de sulfuro de datos de laboratorio y de terreno existentes. Con esto se puede
determinar, por ejemplo, la tasa de generación de ácido de una unidad de residuo particular
al mismo tiempo, en el futuro.
El método requiere de una base de datos adecuada. El objetivo en esta evaluación
estadística de datos es identificar una variable clave que pueda ser relacionada con la
calidad del drenaje ácido.
Dentro de las limitaciones de estos modelos tenemos que generalmente no consideran
explícitamente los mecanismos causales de conducción de la oxidación de sulfuros y la
neutralización de la infiltración. Estos modelos suponen que la operación de tales factores
es representada correctamente en los datos de prueba. Luego la precisión de los modelos
depende mucho de la calidad de los datos de prueba usados.
Estos modelos son específicos del sitio. Como cuentan con tendencias reales del sitio y no
con los mecanismos específicos causales, la mejor correlación para un sitio puede no ser
representativa para otro sitio. Además, cambios significativos en la composición de las
unidades de residuos, geometría o controles en el tiempo pueden invalidar los modelos
empíricos existentes.
Algunos modelos empíricos aplicables en la predicción de drenaje ácido en relaves son:
WATAIL (MEND 2.I3.3), RATAP (MEND 1.2I.1) y MINTOX (MEND PA-2).
Algunos modelos empíricos aplicables en la predicción de drenaje ácido en estériles son:
AMD – TIME, Ziemkiewiez (1994), MINTEQA2, Morin y Hutt (1994), Q-ROCK, SRK
Vancouver, BC ACIDROCK, SENES Consultants Ltda. Richmond Hill, etc.
Modelos Deterministicos: están basados en las ecuaciones teóricas que han sido
desarrolladas para describir los procesos que controlan la producción de ácido. Aplican
principios científicos tales como el de conservación de masa, momentum y energía. Se
simplifican los parámetros usando geometría simplificada, homogeneidad, condiciones
iníciales idealizadas y condiciones limites. Los parámetros estimados tienen un rol crítico
en la modelación mecánica, y a menudo están basados en estudios de laboratorio, modelos
físicos y experimentos de terreno en algunos casos.
Dentro de los modelos determinísticos, se encuentran los modelos de equilibrio
termodinámica, modelos de transferencia de masa y modelos de transferencia de masa
asociados con modelos de flujos.
119
Dentro de las limitaciones tenemos que los modelos hidrológicos de predicción de caudales
no saturados consideran normalmente instalaciones muy homogéneas, no consideran otros
mecanismos como la recarga rápida y necesitan muchos datos para disminuir las incertezas.
4.5.3.5 Medidas de Control
El control del drenaje ácido corresponde a las medidas tomadas para limitar su generación o
migración, evitando así que se origine algún impacto ambiental adverso.
Existen distintas opciones de control, las cuales se aplican dependiendo de la etapa de desarrollo del
drenaje ácido. Así existe el control primario, que se aplica antes de la generación del drenaje ácido;
y los controles secundarios y terciarios, que se aplican después de la generación o liberación de
contaminantes del drenaje ácido. Nos enfocaremos en el control primario, dado que para los
objetivos de este trabajo de titulo lo que nos importa en evitar la generación y liberación del drenaje
ácido.
El control primario es el control de la interacción roca-aire, con el fin de limitar o reducir las
reacciones de oxidación de minerales sulfurados, y por ende limitar o reducir la generación de ácido
en la fuente. Se aplica antes de la generación del drenaje ácido in situ.
A continuación se nombran y describen brevemente algunas metodologías de control primario.
Cubiertas y Sellos: tienen diversos propósitos, como controlar el flujo de oxigeno,
controlar la migración mediante la reducción de la infiltración, recuperación, etc. Se pueden
colocar en los lados y en la superficie de los botaderos de estériles y depósitos de relaves,
para restringir el acceso de oxigeno y así inhibir la generación de ácido. La cubierta debe
tener muy baja permeabilidad, y no tener agujeros o imperfecciones.
Desulfuración/manejo y aislamiento selectivo de residuos sulfurosos: su objetivo es
disminuir el potencial de acidez mediante la reducción del azufre a sulfuro. Esta técnica ha
demostrado ser efectiva, aunque costosa para reducir el contenido de sulfuros de relaves.
Posteriormente es necesario el manejo y aislamiento selectivo de este concentrado,
enviándolo bajo tierra con un terraplén en pasta.
Microencapsulación o envoltura de la pirita: consiste en cubrir ciertos residuos mineros,
para prevenir la oxidación de la pirita.
Mezcla o aditivos básicos: consiste en mezclar al menos dos tipos de residuos de roca, con
potencial de generación de acidez variado, potencial de neutralización y contenido de metal
para balancear el potencial de generación de acidez y alcalinidad y minimizar el riesgo de
generación neta de ácido. Al mezclar o añadir material alcalino, se controla el pH en el
rango cercano al neutro, se limita la oxidación química y se previene el establecimiento de
la oxidación bacterialmente catalizada. Sus principales limitaciones son el costo y
limitaciones de ejecución.
Inhibición de las bacterias: ciertas bacterias son conocidas por aumentar enormemente la
tasa de producción de acidez de materiales piriticos. Los bactericidas han sido desarrollados
para inhibir el crecimiento de estos microorganismos. Su efecto primario es minimizar el
rol catalítico, de las bacterias que permiten convertir el hierro ferroso en hierro férrico, bajo
condiciones acidas (donde el hierro férrico es el principal oxidante).
Cubiertas de agua y descarga subacuática: proveen el control más efectivo del flujo de
oxigeno, y por tanto de las tasas de oxidación de sulfuro, actuando como una barrera para la
difusión de oxigeno desde la atmosfera a los sulfuros sumergidos. La velocidad de
oxidación es considerablemente más baja en fase acuosa que en fase gaseosa.
120
4.5.3.6 Resumen Metodología Drenaje Ácido
La Figura 4.17 muestra un resumen de la metodología.
Figura 4.17 Resumen Metodología Drenaje Acido Fuente: Elaboración Propia
4.5.4 Metodología para determinar Infiltraciones
En hidrología, se denomina capacidad de infiltración a la velocidad máxima con que el agua penetra
en el suelo. La capacidad de infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y
permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo arcilloso y compacto.
La infiltración de agua puede ser riesgosa si las aguas infiltradas tienen contaminantes, ya que
pueden contaminar a las aguas subterráneas. Es por esto que es necesario analizar las posibles
infiltraciones que pueden ocurrir en los depósitos de residuos mineros (botadero de estériles y
depósito de relaves) ya que son zonas que pueden generar contaminación que podría alterar la
calidad del agua subterránea.
121
El drenaje ácido es el principal problema de contaminación del agua, por lo que, en caso que exista
generación de drenaje ácido en la zona, es fundamental analizar las posibles infiltraciones que
pueden ocurrir, de modo de poder tomar medidas antes. Si no existe generación de drenaje ácido o
de otros contaminantes, el problema de la infiltración no es preocupante, ya que si se llega a infiltrar
agua, esta será agua no contaminada que solo recargará al acuífero.
Luego de analizar distinta información existe sobre el tema, se proponen los siguientes pasos para
analizar los posibles efectos de infiltraciones en los botaderos de estériles y en el depósito de
relaves: primero es necesario caracterizar las zonas de estudio, desde el punto de vista geológico,
geotécnico, hidrogeológico e hidrológico. Después se debe realizar la caracterización geoquímica
del material existente en las zonas de modo de determinar si tiene potencial de generación de
drenaje ácido. En caso que el análisis determine que si existe potencia de un drenaje de mala
calidad, se debe realizar una caracterización tanto del material del botadero o deposito, como del
acuífero existente en la zona. En el botadero o depósito se deben realizar pruebas de permeabilidad,
para determinar cuánto puede infiltrarse por él y llegar al suelo y luego al acuífero. Respecto al
acuífero, se debe determinar su vulnerabilidad, de modo de tener una idea de si es factible su
contaminación en caso de que logre infiltrarse agua contaminada entre el botadero.
Como se observa son múltiples los factores involucrados en la determinación del impacto ambiental
asociado a las infiltraciones. Pueden darse múltiples situación, por ejemplo, podemos tener que
existe generación de drenaje ácido, pero que el potencial de infiltración a través del botadero es
baja, por el material o por la forma de depositarlos de los residuos. También puede ocurrir que
exista generación de drenaje ácido y potencial de infiltración, pero que la vulnerabilidad del
acuífero es muy baja. En ambos casos se esperaría que el impacto potencial sea bajo.
4.5.4.1 Caracterización de la Zona de Estudio
Una caracterización completa desde el punto de vista hidrogeológico fue descrita en el capítulo 3
del presente trabajo de titulo. Muchas de las cosas incluidas en dicha descripción son útiles para
esta parte, pero es necesario detallar más algunos de los puntos descritos, así como agregar algunas
cosas que no necesariamente se describen en un estudio hidrogeológico más general.
Una caracterización completa comienza con un reconocimiento del terreno y un mapeo geológico
superficial a lo largo del terreno propuesto para el depósito de relaves o botadero de estériles. En
este reconocimiento se deben seleccionar y confirmas la ubicación de futuras calicatas y sondajes,
además de analizar factores como la accesibilidad a la zona y las condiciones en que se encuentra el
terreno. Las calicatas se usan para registrar la geología superficial. Con las observaciones hechas
durante el reconocimiento de terreno, y con el mapeo geológica, conviene desarrollar planos
geológicos superficiales y secciones hidrogeológicas del lugar, los cuales se irán refinando al ir
obteniendo mayor información de la zona.
Una vez definidas las ubicaciones, se construyen calicatas y sondajes. De estos se puede obtener
valiosa información. En los pozos perforados se deben medir niveles de agua de forma esporádica,
usando un pozómetro, o si es posible, usando registradores eléctricos mas continuos como los data
logger que almacenan lo datos cada cierto tiempo predeterminado. También se deben realizar
pruebas de conductividad empleando los distintos métodos existentes (para más detalle ver capitulo
3). Las calicatas se usan para caracterizar los materiales cercanos a la superficie. Es conveniente
tomar muestras del tipo de material para ser enviadas al laboratorio, y someterlas a pruebas
geotécnicas y geoquímicas.
122
También es conveniente realizar pruebas geofísicas, para poder definir de forma más precisa la
estratigrafía del terreno que se ubica por debajo del botadero o deposito. Es necesario identificar
todos los estratos existentes hasta la profundidad de la base rocosa. En el capítulo 3 se describen
distintos métodos geofísicos usados en minería.
Es necesario realizar un estudio geotécnico en la zona, cuyo objetivo es la caracterización de los
estratos. Además permite analizar con posterioridad la estabilidad de las obras, y generar
parámetros de interés para el diseño de las obras anexas. La caracterización de los materiales
presentes se efectúa mediante la descripción estratigráfica de los mismos y la determinación de los
parámetros que definen la resistencia del suelo. Además se debe determinar la permeabilidad de los
materiales que estarán en los botaderos o depósitos, en relación con la canalización de aguas lluvias
e infiltraciones. Las muestras extraídas durante el registro estratigráfico son sometidas a ensayos
que ayudan a realizar la caracterización geotécnica: granulometría, limites de Atterberg, peso
especifico de los sólidos, humedad natural, clasificación USCS, densidad natural y proctor
modificado, corte directo, etc.
Con respecto a la caracterización hidrológica, es necesario realizar un análisis de frecuencia de
crecidas en la zona estudiada, además de todo lo descrito en el capítulo 3. El análisis de frecuencia
de crecidas utiliza los datos históricos de caudales máximos para generar información que puede
ayudar a comprender el comportamiento de las crecidas que se pueden esperar en el futuro. Las dos
principales aplicaciones del análisis de crecidas son: predecir la posible magnitud de la crecida
durante un determinado periodo y estimar la frecuencia con que ocurren crecidas de cierta
magnitud.
Para realizar el análisis de crecidas se usan los datos de precipitaciones máximas en 24 horas. Se
debe escoger estaciones meteorológicas cercanas a la zona, que cuenten con información por varios
años para que sean estadísticamente validas. El resultado de un análisis de crecidas son los
caudales generados por la precipitación para distintos periodos de retorno.
4.5.4.2 Muestreo y Caracterización Geoquímica
En esta parte se realiza lo descrito en la sección anterior sobre drenaje ácido. Se deben escoger las
muestras y someterlas a las pruebas estáticas y cinéticas para determinar el potencial de generación
de drenaje ácido que tienen. Debemos recordar que el problema no es que se infiltre agua por los
depósitos o botaderos, el problema se genera cuando el agua que se infiltra tiene mala calidad.
Luego, hay que determinar si se generará o no drenaje ácido para ver si es posible que se infiltre
agua ácida por las unidades.
4.5.4.3 Pruebas de Infiltración
Es conveniente realizar pruebas de infiltración para determinar el potencial que tienen las unidades
para infiltrar agua. Las pruebas de infiltración permiten estudiar la capacidad de infiltración de un
suelo a partir de la incorporación de agua dentro de éste. Se pueden realizar calicatas con el material
presente en los estériles o realizar pruebas de laboratorio con el material de los relaves para poder
estimar la capacidad de infiltración que tendrán estas unidades.
También se puede estimar la infiltración mediante modelación. En el caso de los relaves la
modelación entrega resultados usualmente precisos, pero en el caso de los estériles es más
complicado debido a que el flujo a través de estos es mas disperso, por lo que es más difícil
predecirlo.
123
4.5.4.4 Vulnerabilidad del Acuífero
Este concepto y la forma de obtenerlo fueron descritos en el capítulo 3. Es conveniente usarlo
porque nos permite estimar que tan “fácil” resulta la infiltración de contaminantes por la zona no
saturada hasta el acuífero.
Con la caracterización del material podemos saber si se generará agua de mala calidad en las
unidades, y con las pruebas de infiltración podemos estimar si esa agua logrará atravesar la unidad
(ya sea deposito de relaves o botadero de estiles) hasta llegar al suelo. En caso que logre llegar al
suelo, el concepto de vulnerabilidad nos permitirá estimar si los posibles contaminantes podrán
llegar hasta el acuífero.
Así, por ejemplo, puede ocurrir que efectivamente el agua de mala calidad logre atravesar el
botadero de estériles y llegar hasta el suelo, pero el acuífero puede tener una vulnerabilidad muy
baja, por lo que es poco probable que esa agua de mala calidad logre infiltrarse hasta el agua
subterránea.
Para más detalle sobre la vulnerabilidad revisar la sección 3.2.8.
4.5.4.5 Resumen Metodología Infiltraciones
La Figura 4.18 muestra un resumen de la metodología.
Figura 4.18 Resumen Metodología Infiltraciones Fuente: Elaboración Propia
124
4.6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Metodológica sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. 2002.
2. AUGE Miguel. Agua Subterránea: Deterioro de calidad y reserva. Año 2006. Buenos Aires
3. BAY DANIEL S, Hydrological and hydrogeochemical characteristics of neutral drainage
from a waste test pile. Geological Science. University of British Columbia. Vancouver,
Canada. 2009.
4. CORAZAO Gallegos. The Design, construction, instrumentation and initial response of a
field-scale waste rock test pile. M.A.Sc Thesis. University of British Columbia. Vancouver,
Canada. 2007
5. CORNEJO JULIO, ESPINOZA CARLOS. “Interferencia entre un pozo de bombeo y un
rio”. Division de Recursos Hidricos y Medio Ambiente. Departamento de Ingenieria Civil.
Universidad de Chile. 2005.
6. Curso “Predicción, Prevención y Control de la Generación de Aguas Acidas”.
Departamento de Ingeniería en Minas. Universidad de Chile. 2006.
7. DGA. Proyecto: “Desarrollo y Propuesta de un Modelo de Gestión de Recursos Hídricos en
Zonas con Interacción de Salares, con Empoderamiento Social, en cuencas cerradas de la
meseta altiplánica” 2005.
8. DURAN MARIO, MUÑOZ JOSE, TOLEDO PATRICIO. Modelación y simulación
numérica del fenómeno de Intrusión Salina en Acuíferos Basada en el Método de
Volúmenes Finitos. Centro de Minería, Pontificia Universidad Católica, 2002.
9. ERMISA. Impactos Mineros en Sistemas de Agua Dulce: Guía Técnica y de Manejo para la
Gestión a Nivel de Cuenca. Agosto 2006.
10. ESPINOZA Carlos. Apuntes Curso CI-51J Hidráulica de Aguas Subterráneas y su
Aprovechamiento.
11. ESTRADA Oscar. Modelación acoplada de aguas superficiales y subterráneas para la
gestión conjunta del recurso hídrico. 2009.
12. Estudio de Impacto Ambiental Proyecto “Cerro Negro”. www.e-seia.cl. 2009
13. FALA, MOLSON, AUBERTIN, BUSSIERE. Numerical modelling of flow and capillary
barrier effects in unsaturaded waste rock piles. Mine Water & Environmental. 2005. M.A.Sc
thesis. Faculty of Graduate Studies, Geological Science, University of British Columbia, Vancouver,
Canada. 2009.
14. FREDLUND y REHARDJO. Soil mechanics for unsaturated soils. John Wiley & Sons, Inc.
New York. 1993
125
15. GARCIA-HUIDOBRO Felipe. Modelación Numérica Preliminar del Acuífero Costero de
la Quebrada Los Choros. Memoria para optar al título de Geólogo. Universidad de Chile.
16. KALINSKI Enrique, Apuntes del Curso “Evaluación de Impacto Ambiental”. Año 2009.
Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Chile.
17. LOPEZ GETA J.A. Aspectos Metodológicos en el Estudio de la Intrusión Salina. 1988.
18. MIRANDA Teresa. Utilización de Sistemas Pasivos para Mejorar la Calidad de las Aguas
en Lagos Mineros. Tesis Doctoral, Universidad de Oviedo 2006.
Consejo Minero. Guía Metodología sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera.
Noviembre 2002.
19. MORIN KEVIN. Environmental Geochemistry of Minesite Drainage Theory and Case
Studies. Grupo de Estudio de Drenaje de Minas de Canada.
20. NICHOL, SMITH, BECKIE. Field-scale experiments of unsaturated flow and solute
transport in a heterogeneous porous médium. Water Resources Research, Vol 41. 2005
21. SPANDRE ROBERT. Hidrogeología Aplicada. Departamento de Ciencias de la Tierra.
Universidad de Pisa, Italia.
126
5. ESTUDIO DE CASO
5.1 INTRODUCCIÓN
En los capítulos anteriores se han descrito y detallado los distintos pasos que deben seguirse para
llevar a cabo una Evaluación de Impacto Ambiental en la componente hidrogeológica de un
proyecto minero de súlfuros de Cobre. En el Capítulo 2 se identificaron las principales fuentes de
impactos, en el Capítulo 3 se describió como caracterizar los elementos potencialmente afectados y
en el Capítulo 4 se identificaron y describieron los impactos potenciales, y se propusieron
metodologías para evaluarlos.
Como se describió en el Capítulo 1, uno de los objetivos de este Trabajo de Titulo es proporcionar
una guía para realizar la revisión de la componente hidrogeológica de un Estudio de Impacto
Ambiental. En este capítulo se llevará a cabo una revisión de un Estudio de Impacto Ambiental de
un proyecto real, empleando todo lo descrito en los capítulos anteriores. El objetivo es mostrar una
aplicación de todo lo desarrollado en este trabajo.
El proyecto a analizar se llama Antapaccay, y se ubica en Perú. En primer lugar se realizará una
descripción del proyecto. Posteriormente se revisará lo relacionado con la caracterización
hidrogeológica de la zona. Luego se analizarán los impactos descritos.
5.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
5.2.1 Descripción General del Proyecto
El Proyecto Antapaccay - Expansión Tintaya es un proyecto minero propuesto por Xstrata Copper
S.A. El Proyecto está ubicado en el Distrito de la Provincia de Espinar, Region del Cusco, al sur de
Peru, en las cuencas de los ríos Cañipia y Tintaya, ambos tributarios del rio Salado por su margen
izquierda, el cual discurre hacia el noroeste, siendo afluente del rio Apurimac. El Proyecto está
localizado a 15 km del poblado de Yauri, 256 km desde la ciudad de Cusco y a 255 km desde la
ciudad de Arequipa. La elevación del sitio de la mina es aproximadamente 4.000 msnm. El
Proyecto esta aproximadamente a 12 km al sur oeste de la mina Tintaya, la cual actualmente está en
etapa de operación por parte de Xstrata.
El Proyecto explotará el yacimiento tipo Skarn-Porfido de Antapaccay y producirá un concentrado
de cobre que será transportado por camiones al puerto de Matarani. Las reservas de mineral del
Proyecto corresponden a 520 millones de toneladas con una ley de cobre de 0,6 %. La etapa de
construcción del Proyecto contempla 2 años, seguidos de 22 años de operaciones, luego de los
cuales se procederá con el cierre final.
El Proyecto comprenderá lo siguiente:
- Dos rajos abiertos y dos botaderos de material estéril que serán construidos en el área de
Antapaccay.
- Una faja transportadora de alrededor de 7 km de largo que transportará mineral desde el
area Antapaccay a la planta concentradora ubicada en el área Tintaya.
127
- La planta concentradora, que utilizará molinos para preparar el material chancado para el
proceso convencional de flotación, para producir concentrado de cobre. El concentrado de
cobre será espesado y filtrado en la mina antes de ser transportando al puerto de Matarani
para su embarque a fundiciones. Los relaves de la flotación serán enviados por gravedad a
la planta espesadora de relaves, donde serán espesados y descargados al rajo abierto
existente en la mina Tintaya para su disposición.
La producción promedio anual de concentrado es aproximadamente 370.000 t/año durante los 22
años de la vida de la mina, con leyes promedio de alrededor de 36 % de cobre. Por lo tanto, la
producción promedio anual para ese periodo será de 133.000 t/año de finos de cobre.
El Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto Antapaccay fue realizado por la consultora Golder
Asocciates Peru S.A.
La Figura 5.1 muestra la ubicación de las partes del proyecto.
128
Figura 5.1 Ubicación Proyecto Antapaccay Fuente: Estudio de Impacto Ambiental Proyecto Antapaccay.
5.2.2 Explotación Minera
Los rajos Antapaccay se excavarán a través de los sedimentos no consolidados de aluvial y roca
volcánica subyacentes (hasta 120 m) y hacia el basamento subyacente de la caliza y roca intrusiva
de la Formacion Arcurquina (Ferrobamba) al lado oeste del Rio Cañipia. La explotación propuesta
del rajo abierto se extiende entre elevaciones de superficie que oscilan entre 3.970 y 4.100 m y
129
comprenderá dos células principales – un rajo sur que se iniciará en el año 0 y se excavará hasta los
3.415 msnm, y un rajo norte que se iniciará en el año 6 y se excavará hasta los 3.535 msnm. Los
rajos sur y norte se conectarán a la elevación 3.950 msnm. Estas elevaciones corresponden a
profundidades de aproximadamente 625 m y 460 m, respectivamente, encontrándose a la base del
rajo sur a unos 570 m por debajo del nivel del rio Cañipia adyacente.
Durante la operación del proyecto se requerirá el desague del agua subterránea a través de pozos
antes de la explotación. Tambien se requerirá el desague dentro del rajo para remover la escorrentía
de la precipitación directa y cualquier infiltración de agua subterránea. El agua subterránea y el
agua de los rajos Antapaccay se derivarán a la planta concentradora o se descargarán al Rio Cañipia
solo en época humeda. La cantidad de agua variará en forma anual, según el plan de desarrollo del
rajo, y en forma mensual, según la época de lluvias. Al cierre, los rajos abiertos se inundaran
naturalmente.
El mineral se procesará en una instalación que se construirá cerca del rajo Tintaya existente. Los
relaves de la planta concentradora se colocarán en el rajo Tintaya en donde se detendrá la
explotación a inicios de la actividad de explotación de Antapaccay. Esta área de relaves formará un
rajo contiguo con volumen aproximada de 400 Mm3 y elevación de la superficie entre 4.071 y 4.076
msnm. El agua de proceso de la planta concentradora se obtendrá de la combinación de extracción
del agua superficial del Rio Salado, el uso del agua de los pozos de desagüe del rajo abierto y la
circulación del agua del depósito de relaves.
5.3 ANÁLISIS CARACTERIZACIÓN HIDROGEOLÓGICA
5.3.1 Generalidades
En el Capítulo 3 se analizaron los temas que deberían incluirse en una caracterización
hidrogeológica de un proyecto minero de sulfuros de cobre. La Tabla 5.1 resume los puntos más
importantes e indica si fue incluida en el Proyecto Antapaccay
130
Tabla 5.1 Caracterización Hidrogeológica Proyecto Antapaccay Tema ¿Está en EIA?
Descripción del Área de Estudio
Ubicación
SI
Geomorfología Regional
SI
Clima
SI
Hidrografía
SI
Pluviometría
SI
Fauna
SI
Flora
SI
Geología
Litología
SI
Estratigrafía
SI
Estructuras
SI
Unidades Geológicas
SI
Evolución
NO
Geofísica
NO
Hidrología
Definición Cuencas Hidrológicas SI
Análisis de Precipitaciones
SI
Análisis de Crecidas
SI
Recarga
SI
Hidrogeología
Caracterización de Niveles
SI
Parámetros Hidráulicos
SI
Transmisibidad
Almacenamiento
Conductividad Hidráulica
Movimiento del Agua Subterránea SI
Unidades Hidrogeológicas
SI
Balance Hídrico
SI
Hidroquimica
SI
Isotopía
NO
Análisis Vulnerabilidad del Acuífero
NO
Modelación
Modelo Conceptual
SI
Modelo Numérico
SI
Fuente: Elaboración Propia
5.3.2 Línea Base Hidrogeológica
La línea base hidrogeológica se obtuvo, en gran medida, de las investigaciones hidrogeológicas y el
modelamiento numérico en tres dimensiones del agua subterránea, desarrollado por MWH Peru S.A
como parte de los estudios de factibilidad del desarrollo de la mina. Según lo indicado en el EIA
presentado, se realizaron extensas investigaciones de terreno que comprendieron la instalación de
pozos de monitoreo, pruebas de bombeo de agua subterránea y muestreo de calidad del agua
subterránea. El modelamiento del agua subterránea comprendió dos modelos independientes: el
modelo Modflow, desarrollado para la evaluación del desagüe del rajo abierto, y el modelo Feflow,
desarrollado para el relleno con relaves del rajo Tintaya.
La hidrología de aguas superficiales de línea base y los estudios de línea base de calidad del agua
fueron desarrollados por Golder Peru S.A. Esta fue usada para evaluar las interacciones existentes
entre el agua subterránea y el agua superficial.
131
La investigación hidrogeológica incluida en el EIA del Proyecto comprendió:
- Perforación e instalación de pozos de monitoreo de aguas subterránea.
- Medición de niveles de agua subterránea en los pozos de perforación.
- Pruebas de bombeo en algunos pozos de perforación.
- Pruebas de permeabilidad en los pozos de monitoreo de aguas subterránea.
- Reconocimiento de terreno para el desarrollo del modelo hidrogeológico conceptual.
- Mapeo de manantiales.
- Interpretación geológica.
- Medición de la calidad del flujo y el agua en cuerpos de agua, manantiales y canales.
- Identificación de extracciones de agua y sus usos.
- Instalación y prueba de pozos de bombeo y monitoreo de agua subterránea para la
estimación de parámetros hidráulicos.
- Desarrollo de un modelo numérico 3-D del agua subterránea (MODFLOW).
- Análisis de los datos y muestreo de calidad del agua subterránea.
A continuación se analizaran aspectos descritos en la línea base.
Pluviometría: el área recibe, en promedio, aproximadamente 789 mm de precipitación
durante la temporada de lluvias, que típicamente se extiende entre diciembre y abril,
seguida por un período seco, comprendido entre mayo y noviembre. La evapotranspiración
potencial anual es aproximadamente 984 mm y mayor en la época seca. El mes más seco es
típicamente julio. Existe una estación pluviométrica en Tintaya, con cuyos datos se realizó
el análisis de precipitaciones.
Fluviometría: el Proyecto se ubica en las cuencas de los rios Cañipia y Salado. La cuenca
del rio Cañipia presenta un área total de 400 km2 y fluye en dirección norte, atravesando la
comunidad de Yauri, desde altitudes de hasta 5.000 msnm en las nacientes en la montaña,
hasta su confluencia con el rio Salado, a 3.900 msnm, en una distancia de aproximadamente
54 km. La elevación del rio en el área del Proyecto es de aproximadamente 4.000 msnm.
Las gradientes de la cuenca son bajas en general, de alrededor de 0,8 %. La planta
concentradora y el depósito de relaves se ubican en la cuenca del rio Salado, en las
nacientes del rio Tintaya, aguas arriba de la confluencia con el rio Cañipia. La cuenca del
rio Salado presenta un área de alrededor de 2.390 km2 aguas arriba de la confluencia con el
rio Apurimac y de 1.871 km2 aguas arriba de la confluencia con el rio Cañipia. El rio
Salado fluye hacia el rio Apurimac, en donde se convierte en el rio Ucayali para luego
convertirse en el rio Amazonas que descarga, finalmente, al océano Atlántico.
El rajo Tintaya está ubicado en las nacientes del rio Tintaya y el rio Ccamac Mayo,
descargando ambos en el rio Salado, aguas abajo de la toma de agua superficial para la
mina Tintaya que existe en el rio Salado. El rio Tintaya presenta un área de 31 km2 de
superficie, a pesar de que el desarrollo de la mina Tintaya ha alterado gran parte de la
cuenca. La cuenca del rio Ccamac Mayo también se ha modificado debido a la
infraestructura de la mina y tiene un área de 10 km2 de superficie.
Geología: La geología de la región se ha interpretado de la Carta Geológica Nacional del
Perú. En general se distinguen tres estratos en la zona de los rajos. La primera corresponde
a depósitos aluviales, la segunda corresponde a calizas y la tercera son intrusivos.
132
Hidrogeología: según lo indicado en el EIA, existe un total de 93 pozos de monitoreo de
aguas subterráneas en el área de Antapaccay a diversas profundidades en la roca caliza, roca
intrusiva y sedimentos no consolidados. Los niveles de agua subterránea en el área, por lo
general, se relacionan con el relieve topográfico superficial. En áreas de relieve empinado,
el agua subterránea se encuentra, a menudo, decenas de metros por debajo del nivel del
terreno. En áreas de topografía más somera, el agua subterránea se encuentra más cerca de
la superficie del terreno, y se observan áreas de descarga, como infiltraciones o
manantiales, en donde los niveles del agua subterránea se interceptan con la superficie del
terreno. Los ríos también constituyen zonas de descarga para el agua subterránea que
proporciona el flujo base en los ríos durante la época seca del año. Los registros de nivel de
agua subterránea de los pozos de monitoreo, tanto de caliza como de sedimento, mostraron
tendencias descendentes durante la época seca, entre mayo y diciembre. Se realizaron
pruebas de permeabilidad en las diversas litologías encontradas en la zona, obteniéndose un
amplio rango de permeabilidad. Los resultados entregados indican que la caliza y los
sedimentos son de moderada permeabilidad, aunque la permeabilidad vertical de los
sedimentos es baja debido a la intensa estratificación. La roca intrusiva actúa,
esencialmente, como barrera para el flujo de agua subterránea.
Hidroquímica: se realizó un muestreo de calidad del agua subterránea, el cual mostró que
la calidad del agua subterránea de los sedimentos del rio Cañipia presenta composición
mixta, pero típicamente fresca a ligeramente salobre. El contenido de arsénico y manganeso
se encuentra ligeramente elevado en algunos sectores. El agua de los sedimentos, por lo
general, cumple con los estándares de calidad del Perú. La calidad del agua subterránea de
la caliza es fresca a salobre.
Modelo: se elaboró y calibró un modelo numérico tridimensional del agua subterránea de
las áreas de botadero de esteriles y el rajo Antapaccay en base a los datos de terreno
obtenidos. El dominio del modelo abarca un área de 682 km2, extendiéndose 24,4 km de
oeste a este, y 28 km de norte a sur, con una profundidad promedio de 2000 m. El modelo
consta de 8 capas, las cuales fueron construidas utilizando datos geológicos de la base de
datos de exploración topográfica y geológica de Xstrata.
5.3.3 Comentarios respecto a la línea base hidrogeológica
Se realizarán comentarios respecto al contenido de la línea base hidrogeológica del Proyecto
Antapaccay, en base a lo indicado en el Capítulo 3.
- La descripción del área del Proyecto desarrollada en el EIA es bastante completa, quedando
claro aspectos importantes como las zonas exactas donde se emplazarán las partes del
proyecto, en especial las partes con mayor interés desde el punto de vista hidrogeológico,
como son el rajo, los botaderos y todas las unidades detalladas en el Capítulo 2 del presente
trabajo. Se incluyen mapas que permiten describir mejor al proyecto. Se describe la
geomorfología regional de la zona, el clima, la hidrografía, definiendo las cuencas
involucradas, la pluviometría, la flora y la fauna. Si bien toda esta información está un poco
dispersa por el EIA, está bastante completa y clara.
- Con respecto a la geología, se incluyen cartas geológicas e información obtenida en terreno.
La descripción geológica es completa e incluye una descripción completa de la litología y
133
estratigrafía de la zona. También se describen las estructuras geológicas de la zona del
proyecto. Con respecto a los puntos indicados en el Capítulo 3 respecto a los contenidos de
una caracterización geológica, solo faltaría detallar más la evolución geológica de la zona,
ya que se incluye sólo un pequeño resumen de esta en el EIA, sin entrar mucho en detalle.
- En el estudio de la hidrología se realizó un análisis de precipitaciones y de caudales, usando
los datos de las estaciones meteorológicas cercanas al proyecto. Se calculó la recarga al
acuífero.
- La descripción hidrogeológica está bastante completa, incluyendo una descripción de las
unidades hidrogeológicas, realización de pruebas de Packer y de Bombeo que permitieron
determinar los parámetros hidráulicos (transmisibidad, almacenamiento y conductividad
hidráulica), además de medición de niveles en los distintos pozos. Se determinó la dirección
del flujo de agua subterránea.
- Se realizó una caracterización hidroquimica tanto de las aguas superficiales como de las
aguas subterráneas. En esta se entregan gráficos de la composición química de distintos
metales, además de los parámetros generales como pH, sólidos disueltos totales,
conductividad, temperatura, etc. No incluye diagramas de Piper o Stiff, los cuales permiten
clasificar las aguas de acuerdo a su composición química.
- El EIA no incluye una determinación de la vulnerabilidad del acuífero.
5.4 ANÁLISIS IMPACTOS DESCRITOS
A continuación se realizará un análisis a la forma en que se abordaron los impactos relacionados
con la componente hidrogeológica del Proyecto en el EIA presentado. Obviamente se analizarán
solo los impactos descritos en la metodología presentada en el capitulo anterior del presente trabajo.
El objetivo de esto es revisar los pasos empleados para definir los impactos, y ver si están en
concordancia con lo propuesto en la metodología. No se espera de ninguna forma que los métodos
empleados en el EIA sean los mismos que los indicados en la metodología, ya que tanto en
hidrogeología como en hidrología un mismo problema puede ser abordado de diversas formas, por
lo que los métodos descritos en el capitulo anterior representan un ejemplo de la forma de abordar
un problema. Luego la idea es analizar los pasos seguidos más que el cómo se realizó cada paso.
Los impactos analizados en el capitulo anterior son;
- Interferencia Pozo – Acuífero por disminución de niveles de agua subterránea.
- Interferencia Rio – Acuífero por disminución de niveles de agua subterránea.
- Interferencia Humedal – Acuífero por disminución de niveles de agua subterránea.
- Intrusión Salina por disminución de niveles de agua subterránea.
- Formación de un Lago de Mina por inundación del rajo post minado.
- Drenaje Acido en paredes del rajo, botadero de estériles y deposito de relaves.
- Infiltraciones desde el botadero de estériles o depósito de relaves.
134
5.4.1 Disminución de Niveles de Agua Subterránea
El desarrollo de los rajos abiertos Sur y Norte requerirá la remoción de agua subterránea a medida
que los rajos vayan profundizándose progresivamente, causando el descenso de los niveles de agua
subterránea circundantes y la extensión gradual del “cono de depresión” hacia afuera de los rajos
hasta llegar al final de la operación.
El efecto neto de los cambios propuestos sobre el régimen de agua subterránea fue evaluado
utilizando un modelo numérico de agua subterránea. Este modelo fue desarrollado para simular
condiciones hidrogeológicas actuales en el área de los rajos abiertos de Antapaccay, predecir las
tasas de desagüe requeridas para remover el agua subterránea y estimar el descenso de los niveles
asociados del agua subterránea.
Tasas de Bombeo de Desagüe
El modelo predice un aumento pronunciado en las tasas de desagüe durante los primeros años de
operación para permitir el desagüe inicial de los sedimentos, seguido por una disminución a medida
que el área donde se ubiquen los pozos sea minada, y el desagüé continua por bombeo desde los
sumideros del rajo. Luego las tasas aumentan alcanzando un valor máximo cuando se ha
completado más de la mitad del periodo de extracción, y luego disminuyen ligeramente hasta el
término de la explotación minera. Los flujos de entrada peak se estimaron en un rango entre 370 L/s
a 455 L/s, teniendo la conductividad hidráulica de la caliza el mayor impacto en las tasas de flujo.
Cono de Descenso de Nivel
El modelo numérico indica que las operaciones de desagüe producirán un descenso del nivel del
agua subterránea en la caliza, que se extenderá hacia fuera del área de varias captaciones de canales
y varios manantiales antes del término de la explotación. El cono de descenso del nivel se expande
gradualmente desde el área del rajo durante la vida de la mina, y la extensión máxima estimada de
este cono de depresión será hasta la confluencia del rio Cañipia con el rio Ccoloyo debido a la
presencia de calizas hacia esa área.
5.4.1.1 Interferencia Pozo – Acuífero
Usaremos la metodología para la interferencia pozo acuífero propuesta en el capitulo anterior (ver
resumen en Figura 4.11).
Usando el modelo numérico desarrollado para la zona se determino el radio de influencia del
conjunto de pozos de bombeo y las características del cono de descenso del nivel.
Respecto al catastro de pozos de terceros ubicados en las cercanías del Proyecto, el EIA no lo
incluye, por lo que no hay claridad sobre la existencia de estos. Se indica en varias partes del EIA
que las comunidades próximas al proyecto tienen como principal uso del agua el riego y la bebida
para los animales (la agricultura y ganadería son las principales actividades productivas de la zona),
y se indica que esta agua la obtienen de los cursos de agua superficial de la zona, en especial del rio
Salado. Con esto se puede suponer que no hay un uso directo del agua subterránea, aunque no es
aclarado en el EIA. Lo que si se indica claramente es que los ríos están conectados con los
acuíferos, por lo que la disminución del agua subterránea afectará de todas formas a las actividades
económicas principales, pero este efecto será analizado en la interferencia rio – acuífero.
135
5.4.1.2 Interferencia Rio – Acuífero
Usaremos la metodología propuesta en el capitulo anterior (ver resumen en Figura 4.13).
Como se indicó en la descripción del Proyecto, existen ríos en la zona de Antapaccay. Dichos ríos
se ubican en el área de influencia, la cual fue obtenida empleando el modelo numérico construido
para la zona.
Para determinar el grado de interacción existente entre los ríos y el acuífero se empleó el modelo
numérico. Modflow determina esta interacción empleado el parámetro Conductancia. Se determinó
que la interacción entre el acuífero y el rio Cañipia es significativa, por lo que se empleó el mismo
modelo para analizar la forma que se da esa interacción.
Al realizar el análisis del grado de interferencia empleando el modelo se obtiene que el rio se verá
afectado por la disminución de los niveles de agua subterránea, ya que reducirá su flujo base. Se
estimaron las reducciones para distintos años de operación empleado el modelo numérico, de modo
de analizar los impactos a futuro.
Como el rio Cañipia verá reducido su caudal durante la operación del Proyecto (durante el tiempo
que dure el desagüé de los rajos abiertos) se verán afectados los usuarios aguas abajo del Proyecto,
que usan el recurso principalmente para riego y bebida de animales. Para mitigar los impactos
potenciales sobre el recurso de agua durante las etapas de operación y cierre, se suministrara agua
en cantidad y de calidad apropiadas (al menos cumpliendo con las normas para riego y bebida de
animales) directamente a la toma de los canales y fuentes de agua potencialmente afectados por el
abatimiento de los niveles de agua subterránea, a través de una red de distribución de agua. El agua
será obtenida de la combinación de agua subterránea tomada de los pozos de desagüé de la mina y
de un campo de pozos de agua independiente, dependiendo de la calidad del agua.
5.4.1.3 Interferencia Humedal – Acuífero
Usaremos la metodología propuesta en el capitulo anterior (ver resumen en Figura 4.14).
Las áreas naturales protegidas por el estado cercanas al Proyecto fueron determinadas a partir del
Mapa de Áreas Naturales Protegidas del Perú (SERNANP 2009). Se tiene que existen dos sitios
Ramsar en la zona, en la categoría de bofedales de importancia nacional: Bofedal y Lago Salinas, y
el Lago Indio. Ambos fueron establecidos en el 2003 y se encuentran en el noveno y decimo puesto
respectivamente en la lista de sitios Ramsar para el Perú.
Además de estos bofedales de importancia nacional, la biodiversidad incluye una variedad de
formas de vida en todas las escalas y niveles de organización. Dentro del sistema de ecoregiones de
la Fundación Mundial para la Naturaleza, el área del proyecto se encuentra en la ecoregión Puna de
los Andes Centrales. La altitud del área la hace un ambiente difícil, lo que limita la diversidad en
términos generales. Sobre la base de los niveles de riqueza y rareza de las especies, los tipos de
hábitats más ricos en biodiversidad dentro del área son: pajonal, roquedal y cuerpos de agua
(ríos/lagos).
Los impactos del Proyecto sobre el agua subterránea se incrementaran gradualmente a medida que
se profundice el rajo de la mina. El máximo nivel del impacto se alcanzará al final de la fase de
operaciones, cuando el cono de depresión de agua subterránea se extienda varios kilómetros a partir
de los rajos, reduciendo el flujo subsuperficial hacia los humedales, quebradas y manantiales.
136
La línea base incluida en el EIA incluye una completa descripción de las especies existentes en los
humedales existentes en la zona. La descripción es bastante completa, indicando la especie y forma
de crecimiento. En base a las especies existentes en el área es que se puede asumir si hay
dependencia del agua subterránea en el humedal.
No se realizó en el EIA un estudio detallado de la interacción y cuantificación de los mecanismos
de transferencia de agua entre el acuífero y el humedal. Si se realizó un análisis de cuáles serán las
especies más afectadas por la disminución de los niveles del agua subterránea.
5.4.1.4 Intrusión Salina
En el área de influencia del Proyecto no hay ningún salar o mar, por lo que este impacto no aplica a
este proyecto.
5.4.2 Formación de un Lago de Mina
Usaremos la metodología propuesta en el capitulo anterior (ver resumen en Figura 4.16).
La inundación de los rajos Antapaccay se iniciará con el cierre. La tasa de inundación dependerá de
los ingresos del agua subterránea y si el agua superficial desviada alrededor del rajo es utilizada
para acelerar la inundación del mismo. La inundación de los rajos abiertos permitirá que los niveles
de agua dentro del “cono de depresión” se recuperen gradualmente hasta el punto de rebose.
Como se detalló en el capitulo anterior existen dos preocupaciones con respecto a la inundación del
lago de mina. La primera tiene relación con la calidad del agua, en particular si puede existir rebase
de lago. La segunda tiene relación con lograr equilibrar el sistema lo más rápido posible.
El EIA incluye un modelo geoquímico de Antapaccay, el cual contiene un modelo del agua de la
laguna de los rajos del Proyecto. Para este modelo se asumió un llenado acelerado de los rajos
mediante la siguiente estrategia: eliminación de los canales perimetrales aguas arriba de los rajos y
la desviación de una porción del flujo del rio Cañipia a los rajos durante los cuatro meses de la
época humeda.
El modelo simuló dos escenarios: 1) el llenado acelerado de los rajos hasta obtener el primer rebose
hacia el rio Cañipia; y 2) en los años posteriores después de la interrupción de la desviación del rio
Cañipia hacia los rajos.
Los resultados del modelo sugieren lo siguiente:
- El agua del rebose inicial desde la laguna será alcalina (pH alrededor de 8,1) y la
concentraciones de sulfato serán moderadas (aproximadamente 100 mg/L).
- Con el transcurso del tiempo, el pH y la alcalinidad del rebose de la laguna de los rajos en
el largo plazo se mantendrá casi constante, sin embargo, la concentración de sulfato se
reducirá aproximadamente a la mitad.
- La concentración de metales traza serán generalmente bajas.
Tenemos que los resultados de las pruebas en los diversos materiales indican que, en general, los
diversos materiales del Proyecto (estériles y relaves) no son generadores de acidez y que las
concentraciones de metales traza son en general bajas.
137
Con respecto al balance, el EIA incluye los cálculos de todos los parámetros involucrados en el
balance hídrico. Existen datos de precipitación y evaporación media anual para la zona de los rajos
(empleado datos meteorológicos de estaciones). Además el modelo entrega caudales de ingreso al
rajo y posibles descargas en la zona. Con estos datos se realiza un balance de agua que permite
simular la inundación del rajo. Esto es realizado en el EIA ocupando una hoja de cálculo y
simulaciones iterativas, y usando MODLFLOW en forma transitoria.
Como acción para acelerar el llenado del rajo, durante los primeros años del post cierre, una parte
del flujo de rio Cañipia en la época húmeda será desviada hacia los rajos abiertos para acelerar el
proceso de llenado tan rápido como sea posible y promover la recuperación de los niveles del agua
subterránea en los alrededores. El efecto de esto será un reducción de hasta un 60% en los flujos del
rio Cañipia aguas abajo, pero solo en la época húmeda (enero a abril), cuando quedará todavía un
caudal importante en el rio. La magnitud de este efecto es considerada alta, sin embargo, el
escenario de llenado acelerado tiene un efecto beneficiosos pues reduce el tiempo de exposición de
las paredes del rajo a la oxidación e intemperización, y maximiza la dilución del agua de la laguna
del rajo con el agua de bajas concentraciones de sólidos disueltos totales del rio Cañipia
aprovechando los excedentes de la época húmeda. Se estima que se tomara aproximadamente 17
años para llenar los lagos de los rajos.
5.4.3 Drenaje Acido
Usaremos la metodología propuesta en el capitulo anterior (ver resumen en Figura 4.17).
Se realizó un programa de caracterización geoquímica como parte del EIA. El objetivo de este
programa fue, por un lado, la evaluación de las características geoquímicas del material geológico
que será producido durante la vida de la mina, y por otro lado, la estimación de la calidad de agua
probable de las instalaciones del proyecto, utilizando los resultados de las pruebas de
caracterización geoquímica, mediante un modelo geoquímico iterativo.
El programa de pruebas incorporó un amplio grupo de pruebas geoquímicas estándar para
caracterizar el potencia de drenaje ácido de los distintos tipos de materiales que se espera producir
durante la vida de la mina del Proyecto. En enfoque de las pruebas en fase incluyo:
Fase 1: Programa de Pruebas Estáticas
- Quimica de roca (elementos mayoritarios y traza)
- Especies de azufre y carbono
- Conteo de ácido – base (ABA)
- Generación neta de acidez (NAG)
Fase 2: Programa de Pruebas Cinéticas
- Pruebas en celdas de humedad (HCT)
- Analisis mineralógico semi cuantitativo
- Análisis granulométrico
El programa incluyo 213 muestras de roca esteril, 24 muestras de mineral, 2 muestras de relaves y 9
muestras de material de préstamo.
Las principales conclusiones del programa de caracterización de roca son las siguientes:
Estériles: algunas muestras de estériles fueron seleccionadas utilizando secciones
geológicas. Las muestras fueron colectadas para representar los tipos específicos de la
alteración y las unidades litológicas, tanto como la variabilidad espacial. La selección de
138
muestras tuvo base en la estimación de 1500 millones de toneladas de estériles, definiendo
una ley de corte para el material de estéril de 0,25% de cobre. Las conclusiones clave con
referencia al potencial de drenaje ácido de roca de los estériles de Antapaccay son:
- Los tipos de material estéril incluidos en el programa tienen un potencial muy alto de
neutralización y amortiguamiento. Estas características se reflejan en concentraciones altas
de carbono inorgánico, alto potencial de neutralización (NP), calcita detectable en todas las
muestras, tanto en valores neutros como alcalinos para pH en pasta, pH NAG y pH en
soluciones de lixiviación y de las pruebas cineticas.
- La mayoría de las muestras de esteril no tienen potencial de generación de acidez basado en
los resultados de las pruebas ABA, NAG y HCT. Solo dos muestras fueron clasificadas
como posibles generadoras de acidez.
- Las concentraciones de metales trazas en pruebas de lixiviación a corto plazo y pruebas
cineticas fueron bajas.
La alta proporción del tipo de material denominado 32- mármol (38 %) en los botadores norte y sur
proporcionara un considerable potencial de neutralización en el sistema. Esto, en combinación con
el bajo potencial de DAR en la mayoría de los tipos de material esteril analizados, sugiere que
habría de manera general, un potencial de neutralización neta de acidez en los botaderos.
Relaves: Se colectaron 47 muestras de material mineralizado representativo para usarse en
pruebas metalúrgicas. Se obtuvo material fresco de relaves a partir de una prueba de
laboratorio y de una prueba a escala piloto. Las conclusiones respecto a las características
de los relaves son las siguientes:
- Las muestras de relaves son clasificadas como no generadoras de acidez debido a su bajo
contenido de azufre como sulfuro y su alta capacidad de neutralización.
- Los resultados de las pruebas de lixiviación a corto plazo indican que la lixiviación de los
metales traza es muy baja.
Los resultados de las pruebas de caracterización geoquímica se utilizaron para apoyar el
modelamiento predictivo de la calidad del agua durante la fase de operaciones y de postcierre.
Se elaboró y calibró un modelo numérico tridimensional del depósito de relaves del rajo Tintaya en
base a los datos de terreno obtenidos. Dentro de los objetivos del modelo numérico esta: entregar
una herramienta para ayudar a interpretar y representar gráficamente la hidrogeología de la zona,
estimar los ingresos de agua hasta el final de la vida operativa del rajo, evaluar los efectos
hidrogeológicos del relleno del rajo y proveer una herramienta para el análisis futuro del agua
subterránea en el area de las operaciones mineras.
El modelo fue construido utilizando FEFLOW, un código basado en diferencias finitas con la
plataforma WASY. El modelo se construyó en base a los datos geológicos obtenidos durante la
investigación, e incluye los resultados del monitoreo piezométrico, pruebas hidráulicas y datos
meteorológicos de la zona. El dominio del modelo se extiende 18,9 km en dirección oeste-este y
21,1 km en dirección norte-sur, con una profundidad de 1680 km. Consta de 9 capas, las que fueron
construidas con datos geológicos de la base de datos de Sxtrata Tintaya. Con dicho modelo se
estimaron los ingresos y los egresos en el rajo donde se depositaran los relaves.
139
5.4.4 Infiltraciones
Usaremos la metodología propuesta en el capitulo anterior (ver resumen en Figura 4.18).
La caracterización de la zona está bastante completa, incluida en la línea base del proyecto.
El muestreo y los resultados de la caracterización geoquímica se entregaron en el análisis del
drenaje ácido en el punto anterior. Tanto relaves como estériles tienen bajo potencial de generación
de acidez.
Con respecto a las infiltraciones, se desarrolló un modelo numérico de agua subterránea para
simular las condiciones hidrogeológicas actuales en el rajo Tintaya y para predecir las tasas de
filtración durante y después de la depositación de relaves.
Los relaves serán depositados en forma de relaves espesados, tipo que genera menos probabilidades
de infiltración por que contienen menos agua.
No se incluye una descripción de la vulnerabilidad del acuífero. Esto puede deberse al hecho de que
no se generarán aguas acidez, por lo que el que se produzcan infiltración no generar impactos muy
graves.
5.5 COMENTARIOS FINALES
El EIA del Proyecto Antapaccay es bastante extenso, incluyendo diversa información de múltiples
disciplinas. En base a lo desarrollado en este trabajo, y teniendo como objetivos los propuestos
inicialmente, se puede concluir que el EIA es bastante completo, he incluye la información que
permite determinar ocurrencia de impactos en base a lo presentado en el capítulo 4.
140
6. CONCLUSIONES
Como se vio en el desarrollo del presente trabajo, la extracción minera de cobre es un proceso
bastante complejo, que involucra distintas disciplinas y que puede generar impactos en diversas
componentes. Todo tipo de extracción, ya sea de óxidos o de sulfuros de cobre, generara algún tipo
de impacto en la zona donde se emplaza. En el caso particular de los sulfuros de cobre, existen
distintas unidades que generan impactos, como los botaderos de estériles o el depósito de relaves.
Este último es uno de los componentes que genera mayor impacto, y que no se genera en el caso de
minerales que no se concentran por medio de la flotación. Los impactos generados dependen de
cómo las actividades mineras se superponen con la hidrogeología de la zona.
Es importante realizar una caracterización hidrogeológica completa y detallada. Como se mencionó
en el trabajo, no existe una pauta oficial sobre cómo realizar una caracterización y que debe incluir
ésta. Esto más bien depende del proyecto en cuestión y de los objetivos que se desea obtener con la
caracterización. Es fundamental definir bien los objetivos que se desean lograr antes de comenzar la
caracterización, para durante el proceso ir guiando el trabajo en esa dirección. Otro punto a
considerar es la forma en que se realizará cada parte de la caracterización. Existen múltiples formas
de realizar lo mismo y algunas veces cada una entrega resultados bastante distintos a los demás. Es
por esto que es necesario analizar bien cada uno de los métodos, de modo de escoger aquel que se
adapte más a las características de la zona.
Respecto a las metodologías desarrolladas, deben quedar claros algunos puntos:
- Los métodos mostrados en ellas no son las únicas formas de abordar los problemas. Si bien
se debería pensar que aunque se realice una actividad de formas distintas los resultados
deberían ser similares, esto, como se mencionó previamente, no suele ocurrir así. Se debe
escoger el método que más se adapte al proyecto analizado.
- El objetivo de estas metodologías no es determinar la intensidad o duración del impacto
analizado. El objetivo es determinar si este ocurrirá o no. Luego este trabajo constituye el
primer paso para un análisis más profundo de los impactos.
Se desprende del trabajo realizado que el desarrollo una buena labor en terreno es fundamental para
obtener buenos resultados. Existen protocolos de cómo realizar las distintas pruebas y muestreos en
la zona analizada, los que hay que tratar de cumplir al pie de la letra de modo de obtener
información lo más verídica posible.
Otro punto clave es el modelo que se desarrolla. Actualmente la mayoría de los proyectos emplean
la modelación para obtener los parámetros importantes. Luego, un modelo poco cercano a la
realidad entregará resultados poco exactos, que provocarán conclusiones erróneas sobre el proyecto
y sus posibles impactos. Es fundamental primero realizar un modelo conceptual muy detallado, que
indique todas las interacciones existentes en el área. Acá nuevamente mencionaremos la
importancia que tiene el trabajo en terreno, ya que los modelos conceptuales se construyen en base
a estas observaciones. Posteriormente el modelo numérico construido debe ser calibrado y validado
141
con la mayor cantidad de información posible, de modo de asegurarnos que efectivamente el
modelo nos entrega algo cercano a lo que ocurre en realidad. Una vez obtenido un buen modelo
numérico es posible realizar las simulaciones que nos permitan obtener los parámetros necesarios
para concluir sobre la generación de los impactos estudiados.
Como recomendación para llevar a cabo estudios de este tipo, es muy importante realizar el trabajo
en terreno de forma muy minuciosa, de modo de obtener información lo mas verifica posible, ya
que estos datos son los que alimentaran el modelo a desarrollar, y que es el que ayuda a resolver la
mayoría de las preguntas sobre los impactos que se pueden generar.
Con respecto al estudio de caso desarrollado, se observo que aplicar las metodologías propuestas a
un proyecto real no resulto en un proceso complejo. Aplicando las metodologías propuestas se
concluyó que el EIA desarrollado para el proyecto Antapaccay es bastante completo, e incluye la
mayoría de las actividades necesarias para determinar los posibles impactos generados.
El tema de los impactos generados por la minería de sulfuros de cobre es bastante amplio e
interesante. Se puede profundizar bastante sobre lo descrito en este Trabajo de Título, ya que como
se mencionó, este trabajo tiene un carácter preliminar sobre el análisis de impactos.
142
