Por: José N. De Piérola C., asesor y consultor sénior en Gestión de Recursos Hídricos, Profesor Honorario de la Universidad Nacional Agraria La Molina y presidente de la Asociación Peruana de Ingeniería Hidráulica y Ambiental.

Resumen 

El nuevo escenario generado desde el 2019 por el terrible caso de la falla de la presa de relaves en Córrego do Feijão, Brumadinho (Brasil) ha permitido llevar adelante un conjunto de acciones orientadas a mejorar el nivel de seguridad y sostenibilidad con la cual se manejan hoy los sistemas de producción, control y depósito de los relaves o tailings.

Según la Autoridad Nacional del Agua (ANA, 2015) existirían 743 presas registradas en el inventario del país, de las cuales 442 serían destinadas al riego y 113 a instalaciones de relaves. Una presa de este tipo se define como una estructura, usualmente construida a base de tierra, y destinada al almacenamiento de los residuos sólido-líquido de relaves, producto de una operación minera (CDA, 2014). 

Los estándares GISTM publicados en agosto de 2020 como consecuencia del trabajo conjunto del ICMM, UNEP y NNUU y la fundación en enero de 2023 del Global Tailings Management Institute (GTMI), el cual trabaja desde este año en la implementación de los estándares, muestran el compromiso de la industria minera por alcanzar niveles que aseguren operaciones seguras y social-ambientalmente viables de manera global. 

Los estándares se ordenan en seis tópicos, 15 principios y 77 requerimientos auditables dentro de los cuales se abordan los temas de ingeniería en los tópicos Área III, orientada a revisar la performance de los aspectos de diseño, construcción, operación, mantenimiento, monitoreo y cierre de operaciones; Área IV, en el manejo del sistema TSF y su gobernanza, así como el control de las instalaciones.

Palabras clave: Hidrología, Hidráulica, Relaves. 

Las presas de relaves tenían en promedio una tasa de falla del orden de 1.2% mientras que las de almacenamiento de agua solo llegaban a 0.01%, debido básicamente a que anteriormente no hubo una estandarización adecuada de normas de diseño y construcción y el uso de materiales gruesos o desechos de la actividad minera, así como falta de monitoreo y control. 

Las causas provienen de los campos de la geotecnia y la hidrología-hidráulica, e.i. fallas en la cimentación, estabilidad en los taludes y a desbordamiento (Overtopping) o filtración incontrolada (Seepage). De un total de 254 fallas de presa de relaves estudiadas en 2022 (Metals, nov.)^[2] el 24.4% se debió a Overtopping y 11.2% por Seepage, ambas relacionadas a temas hidrológico-hidráulicos, lo cual muestra la importancia de estos aspectos en relación con el riesgo de falla. 

Además y, esto es importante, las presas de relave son dinámicas, es decir, crecen o cambian en el tiempo de la operación, de allí que ahora se exija el Deviance Accountability Report además del Engineer of Register (EOR) y el Responsible Tailing Facility Engineer (RTFE)^[6]. 

El GTMI permitirá en los próximos años acumular y sistematizar información sobre la aplicación de los estándares en diversas partes del globo y bajo distintos escenarios, de allí que la sistematización de estas experiencias será fundamental para mejorar los mismos, sobre todo, en aspectos críticos como los de hidrología-hidráulica.

La Figura 2 muestra la frecuencia de origen de diversas fallas registradas al 2022, siendo la Overtopping y Seepage, como se señala líneas arriba, de naturaleza y relevancia media.

Los criterios de diseño hidrológico de acuerdo con los estándares se establecen considerando procedimientos probabilísticos y determinístico para los eventos extremos que pueden presentarse en la región o zonas de operaciones. Estos criterios consideran dos estados o fases del proceso: en operaciones (denominado control activo) y el proceso de cierre (control pasivo), de acuerdo con estos estados se identifican escenarios en términos del evento máximo anual y su tiempo de retorno (Tr) como de:

Consecuencias menores:

Operación y cierre (control activo): valores de Tr a 1/200 de probabilidad de excedencia anual.

PostCierre (control pasivo): valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

Consecuencias significativas:

Operación y cierre (control activo): valores de Tr a 1/1,000 de probabilidad de excedencia anual.

PostCierre (control pasivo): valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

Altas consecuencias:

Operación y cierre (control activo): valores de Tr a 1/2,475 de probabilidades de excedencia anual.

PostCierre (control pasivo): valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

Muy altas consecuencias:

Operación y cierre (control activo): valores de Tr a 1/5,000 de probabilidad de excedencia anual.

PostCierre (control pasivo): con valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

Extremas consecuencias:

Operación y cierre (control activo): valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

PostCierre (control pasivo): con valores de Tr a 1/10,000 de probabilidad de excedencia anual.

El enfoque determinístico se orienta a utilizar los conceptos de Precipitación Máxima Probable (PMP) y Descarga Máxima Probable (PMF) que corresponden a las condiciones máximas posibles meteorológicamente hablando de una lluvia en un espacio o región^[8] -no hay en este caso elementos probabilísticos- y se utilizan para verificar las condiciones extremas de operación-cierre y de postcierre o control pasivo.

La CDA ha establecido criterios que combina aspectos hidrológicos con sísmicos^[5], ver Tabla 1.

El Extreme Design Guidance Methodoly (EDGM) permite identificar de forma sistemática -en el caso de las presas- los peligros, evaluar la probabilidad de ocurrencia de los mismos, evaluar las consecuencias de cada factor de peligro y el riesgo, así como implementar las medidas de mitigación más adecuadas. Esto ayudará a incrementar la seguridad, reducir la incertidumbre y mejorar la eficiencia de los procesos asociados. 

El esquema de la Figura 3 permite identificar la importancia de calcular los valores de PMP, PMF y los flujos para diversos tiempos de retorno en el dimensionamiento de la presa y del reservorio de relaves.

Situación con proyectos en desarrollo o por desarrollar

Con el auge de la actividad minera en el país, desde el 2000 tenemos varios proyectos y operaciones que se desarrollaron con estándares basados en la International Comission of Larde Dams (ICOLD), Canadian Association of Dams (CAD) y eventualmente la Australian National Committe on Large Dams (ANCOLD). Si los proyectos estuviesen en desarrollo o en modificación estos se pueden ajustarse a los estándares globales en el mismo desarrollo o adecuando las estructuras más importantes entre estas la cota y dimensión del vertedero de emergencias a los niveles de riesgo actualizado, volúmenes de retención operativos, ambientales y de emergencia o almacenamiento, capacidad de canales de derivación o coronación. 

Cuando los proyectos mineros están ubicados en las zonas altoandinas, e.i. sobre los 3,500 msnm, las dimensiones de las cuencas resultan menores o reducidas, pero la precipitación tiende a ser más alta, pues en estas áreas, el valor de la lluvia está asociado a la altitud. Por el efecto de la orografía, los valores de lluvia pueden cambiar rápidamente a distancias cortas y hacer que los valores proyectados sean muy dispersos, incorporando alta incertidumbre en los parámetros de diseño. La existencia de una poco densa red de registro de lluvias y caudales es otro elemento que apunta en ese sentido de la incertidumbre.

Situación con proyectos elaborados y ejecutados antes de la GISTM, 2019

Como conocemos la actividad minera en el país data de muchos años –aún antes de la etapa colonial– y en este proceso se han construido y operado depósitos de relaves, derivaciones y sistemas de conducción, aunque con precarias condiciones de seguridad tanto física como de manejo de aguas en cuanto calidad. Una importante tarea deberá ser el abordar la evaluación, redimensionamiento y adecuación de esta infraestructura, la que, aunque no esté totalmente operativa, parcialmente cerrada significa una importante presencia de riesgo asociado a los fenómenos climatológicos extremos que se presenten. 

Tengamos presente que algunos de los casos más notables ocurridos recientemente se presentaron en proyectos parcialmente operativos, en los cuales los controles no fueron necesariamente estrictos. Un punto de flexión es que estas experiencias de falla no afectan solo a las operaciones informales o los proyectos cerrados o cerrados parcialmente sino a la reputación de la actividad minera en general.

El proceso en sistemas ya instalados deberá pasar por la evaluación/revisión de las capacidades hidráulicas máximas de las estructuras hidráulicas como son canales colectores, drenes, túneles, vertederos y volúmenes de retención en la presa de relaves considerando el Borde Libre Máximo que incluye la máxima avenida y el Borde Libre Operativo que no la toma en cuenta (NAMO, NAME) adentrándose en la revisión crítica de los modelos hidrológicos de generación de descargas secuenciales o puntuales máximas utilizados previamente, así como la calidad y longitud de registros que los alimentaron, además deberá incorporarse el control del riesgo de tubificación y licuefacción para finalmente implementar o actualizar los procedimientos y protocolos de monitoreo. 

Con el fin de mantener un control permanente será necesaria la instalación de estaciones meteorológicas e hidrométricas en los puntos de interés utilizados para la ubicación de estructuras importantes. Una red de medición en tiempo real es un instrumento que permitirá reaccionar rápidamente a la presencia de eventos sensibles.  

Incertidumbre en diseño de presas y obras complementarias por escases de datos

Cuando se desarrolla el análisis probabilístico de los caudales o volumen máximos posibles de manejar en una TSF se recurre a la información de precipitación más cercana a la zona de las operaciones, normalmente la data recolectada existente desde 1963, cuando se instaló una red básica de Senamhi. El gran problema es la cantidad y calidad de la información disponible, toda vez, que esta no tiene continuidad y, sobre todo, no existe la seguridad de haberse colectado de acuerdo con los estándares que establece la OMM. 

También hay que tener en cuenta que a raíz de la introducción del proceso de cambio climático, la estacionariedad del comportamiento de lluvias se pone en cuestión y no necesariamente un registro “más largo” es ahora “más representativo”.

La data de lluvia máxima diaria para efecto del análisis de precipitaciones, caudales pico o volúmenes de escorrentía se ajusta a una ley de probabilidad de máximas (Gumbel, Log Normal, Gamma 3 u GEV Generalized Extreme Data) y se usa para extrapolar aquellos valores de tiempo de retorno mayores a 50 años, la incertidumbre surge al buscar el mejor ajuste estadístico y realista si se quiere obtener valores creíbles de Tr de 1,000 o 10,000 años. 

Otro aspecto es la representatividad de las estaciones de registro con respecto al área de interés: cercanía, barreras topográficas, altitud, área de la cuenca comprometida, dirección del frente de humedecimiento, tipo de lluvia o tormenta y otros factores que condicionan las precipitaciones.  

Otro caso es la estimación desde la perspectiva hidrometereológica con lo que se denomina Probable Maximum Precipitation (PMP)^[8] y que considera un estado extremo de precipitaciones en la zona o región, sea que se utilice la propuesta de Hershfield, D. M. (1965) o el análisis de Kappel, B. (2020), incorporando análisis de diversas regiones mineras en el globo^[6]. 

La humedad que genera la precipitación viene desde el este de la cuenca amazónica, luego la cercanía a esta y las características de la cuenca y la barrera topográfica en cada zona serán elementos centrales para el patrón de lluvia orográfica-convectiva que se presente, la cual varía de magnitud de sur (menos) a norte (más) en función de la altitud y ancho de la cordillera. 

A altitudes por debajo de los 2,500 msnm las posibilidades de tormentas son menores en la vertiente occidental, lo cual no es lo mismo en la vertiente oriental, sin embargo, por avance de ocasionales frentes húmedos desde el Pacífico, es posible la ocurrencia de tormentas intensas y cortas en esta zona de escaza cobertura vegetal lo que origina huaycos y flujo de lodos.  

El K de Hershfield puede alcanzar hasta 15, pero puede variar de acuerdo con la duración y área estimada de la tormenta. Una lista de referencia publicada por Kappel muestra valores de tormentas de una lista corta de Centre for Hydrometereological and Remote Sensing (CHRS) utilizada mediante el Storm Precipitation Anaylisis System (SPAS) para el análisis global del PMP, el área cubierta fue más o menos extensa que da una idea de la magnitud de eventos de tormenta de varias duraciones que abarca incluso algunos días.  

Otra discusión sobre variantes modernizadas para estimar el PMP que en principio no tiene tiempo de retorno o probabilidad de ocurrencia que debemos revisar es la del Committe de la Academia de Ciencias de USA^[7], en el cual se señala que, dado el escenario de cambio climático, el avance en el entendimiento del comportamiento de las tormentas, su registro, su modelización y las debilidades científicas del concepto de PMP se obligan a una redefinición del mismo, así como una revisión de la metodología. Dada la necesidad de desarrollar infraestructura debemos tener muy en cuenta estos elementos, pues redefinen los niveles de riesgo de acuerdo con los estándares CDA del dimensionamiento de las obras de almacenamiento, derivación o retención y tomados en el GISTM.

En el país tenemos una buena cantidad de operaciones mineras en los Andes por sobre los 3,000 nsnm, zona de la cuenca donde ocurre la precipitación más alta –salvo en el norte donde el efecto del ENSO cambia el patrón de lluvias–, pero también debemos considerar que a mayor altitud menor área de cuenca colectora.

Para dimensionar canales de drenaje, tomas de derivación y túneles se utilizan eventos de 200 años de Tr, y para embalses eventos de 1,000 años o PMP y un modelo hidrológico que transforma precipitación en escorrentía (como por ejemplo el HMS) para efectos de definir los caudales pico de diseño a manejar en vertederos junto al estimado del volumen del hidrograma de crecidas a ser retenido o atenuado en un embalse. 

Es importante anotar que en varios cauces de los comprometidos con el vaso, las presas de relaves no presentan flujo permanente solo temporales con ondas de flujo de la época de lluvias que se presentan de forma imprevista (flash flow), incorporando altas concentraciones de sedimentos y cuerpos flotantes.

El papel de la experiencia en la implementación de los GISTM

Varias empresas han anunciado su interés y dedicación a incorporar los estándares dentro de sus procesos antes del 2030 y eso implica desarrollar acciones bien estructuradas por el corto tiempo disponible. Esta experiencia será muy valiosa para incorporar detalles adicionales a los estándares asociados al factor hidrológico, por ejemplo cuando encontremos escases de data o registros cortos, registros inconsistentes o de baja calidad en el uso de la lluvia total de 24 h en vez de intensidades horarias para análisis de máximas, la transformación de lluvia de 24 h a lluvias de tormentas de 1 h, 2 h o 12 h, implicará la transformación de valores en base a patrones de tormenta cuya definición requiere de data de pluviógrafos, que es muy escasa en nuestras áreas de operaciones.

Es interesante el gráfico conceptual de la Figura 9^[9], que muestra el tema del manejo del riesgo en general desde una perspectiva de proceso. Este esquema es aplicable a la gestión de riesgo en operaciones mineras y de gestión de los TSF. Sobre el rango de tolerancia y la aceptación de la sociedad y las personas o comunidades del entorno y su aceptación a riesgos a asumir por obtener beneficios es algo que debe trabajarse con detalle y con mucha información confiable, siendo muy claros en el tema de riesgo y sus niveles e implicancias en la actividad económica que estas desarrollan.

Reflexiones finales

El manejo del riesgo en las unidades mineras es un elemento central de la sostenibilidad, luego la incorporación de conocimientos y tecnología para su manejo es un proceso que debemos abordar como una obligación en conjunto a nivel de operaciones, corporaciones y como país en búsqueda de uniformizar criterios tanto hidrometereológicos, hidráulicos y estándares, que nos permitan sistematizar e intercambiar experiencias como una herramienta necesaria para avanzar en función de nuestra realidad geológica, topográfica, climática y limitada disponibilidad de información y registros.

Referencias 

1. La importancia del agua en la minería del cobre en el país. José N. De Piérola C. Colegio de Ingenieros del Perú. Conferencia magistral, marzo 22, 2024.

2. Los Riesgos, las Consecuencias y las Soluciones para Prevenir Fallas en Presas de Relaves. GroundProbe, Nov. 2022.

3. Presas de relaves en el Perú, Dirección General de geología, Ingemmet, 1982.

4. Regional Distribution and Causes of Global Mine Tailings Dam Failures. Shui-Quan Lin 1, Guang-Jin Wang. Metals MDPI. May 2022. 

5. Revisión de la seguridad de presas de relaves según la guía de la CDA (2016), Iparraguirre Ortiz Carlos Anddes Junio 2020.

6. PMP Estimation for Mine Tailings Dams in Data Limited Regions. Kappel, B. (2020). The Journal of Safety Dams, Spring 2020.

7. Modernizing Probable Maximum Precipitation estimation, James A. Smith and the Committee of MPMP. National Academy 2024.

8. Manual on Estimation of PMP, Probable Maximum Precipitation, World Meteorological Organization, Report N° 1045, 2009.

9. Experiencia de consultoría para la implementación de GISTM en la región, Ausenco, octubre 2023.