Por: J. Posch, S. Palma, J. Masihy, C. Morales, SRK Consulting, Santiago, Chile.

Resumen 

La remoción de depósitos de relaves antiguos plantea importantes retos geotécnicos, debido principalmente a la heterogeneidad de estos y a la falta de registros de construcción completos. Es esencial realizar una caracterización geotécnica exhaustiva, que debe incluir campañas integradas de campo y laboratorio, como ensayos CPTU, resistividad eléctrica y ensayos triaxiales, para establecer las estrategias de extracción y permitir la zonificación basada en el comportamiento físico, químico e hidráulico de los relaves. 

Los relaves antiguos suelen presentar altos grados de saturación y una respuesta contractiva no drenada, lo que los hace muy susceptibles a la licuefacción estática y sísmica, especialmente en países sísmicamente activos como Chile y Perú. Por lo tanto, las geometrías de excavación deben diseñarse de manera conservadora y adaptarse según el tipo de relave y la evolución de las condiciones freáticas. 

Las operaciones mineras hidráulicas actuales incorporan monitores operados a distancia para minimizar la exposición y mejorar la seguridad, pero se requiere un control estricto de las geometrías de corte para evitar cortes excesivos y fallos de flujo. La gestión de aguas superficiales sigue siendo fundamental, especialmente durante episodios de lluvias intensas. Las medidas de seguridad a lo largo de las presas deben definirse y ajustarse en función de la monitorización geotécnica continua. Una monitorización geotécnica exhaustiva es vital para anticipar y mitigar posibles fallos. La identificación y gestión proactiva de los posibles modos de falla, como fallas por cortes excesivamente empinados, deslizamientos por flujo y licuefacción sísmica, son esenciales para salvaguardar las operaciones y al personal. 

El artículo destaca la necesidad de contar con metodologías de extracción diferenciadas y de monitoreo en tiempo real, respaldadas por principios contemporáneos de ingeniería geotécnica y gestión de riesgos, para abordar de manera segura y eficiente las complejidades del reaprovechamiento de relaves antiguos.

Introducción

La remoción de depósitos de relaves antiguos está siendo una actividad que atrae cada vez más interés en la actualidad, ya sea para recuperar minerales de interés económico remanentes en los relaves o bien por compromisos ambientales, sociales y de seguridad impuestos en el último tiempo, debido principalmente por las fallas catastróficas de depósitos de relaves ocurridas en años recientes. En el caso de Chile, existen actualmente cerca de 650 depósitos de relaves inactivos o abandonados, más de 200 de ellos construidos con el método de aguas arriba (Sernageomin, 2025), método prohibido en el país desde 1970. En línea con el auge y desafíos asociados a la remoción de depósitos de relaves, en Chile se encuentra actualmente en tramitación una actualización del Decreto Supremo N° 248 (Ministerio de Minería, 2007) que incluye por primera vez regulaciones para esta actividad.

Experiencias exitosas en Chile de remoción de relaves antiguos han permitido mejorar los márgenes de seguridad de los depósitos al reducir la cantidad de relave que podría ser liberado en caso de una falla, aumentar el volumen de almacenamiento en caso de eventos de lluvias extremas y abatir el nivel freático al interior de los muros de cierre.

Si bien la remoción de este tipo de depósitos antiguos puede ser beneficiosa desde varios puntos de vista, también implican un desafío significativo, debido a la falta de documentación técnica sobre su diseño y registros de construcción, además de los riesgos asociados a la extracción de relaves saturados sueltos, altamente susceptibles de experimentar licuefacción estática y sísmica, en particular en países de alta sismicidad como Chile y Perú.

Los métodos de extracción más usuales corresponden a la excavación mecánica, el reminado mediante monitores hidráulicos (agua a alta presión que genera una pulpa de relave) y una combinación de ambos. Típicamente el reminado con monitores es usado para depósitos de relaves de gran tamaño que cuentan con agua suficiente para la actividad de extracción. El presente trabajo describe los principales desafíos geotécnicos que se identifican en la remoción de relaves antiguos mediante pitoneo hidráulico, pudiendo ser extensibles a otras metodologías de extracción.

Caracterización geotécnica de relaves

Considerando que la escasa información que suele existir en los depósitos de relaves antiguos y la alta heterogeneidad que pueden tener estos materiales dentro de un mismo deposito, es de vital importancia desarrollar una campaña de caracterización basada en ensayos de campo y de laboratorio, para establecer sus características geotécnicas/hidráulicas y condición in situ inicial, las que permitirán definir las estrategias de extracción. A continuación, se presenta un resumen de los principales ensayos que deberían ser considerados para la caracterización geotécnica de los relaves. Para más información, referirse al trabajo de Morales & Sfriso (2024), quienes realizan una descripción detallada de una campaña de caracterización geotécnica integral de este tipo de relaves.

Ensayos CPTU

Los ensayos CPTU son ampliamente usados para estimar las características de resistencia, compresibilidad y de flujo de los relaves, además de establecer una posible estratigrafía en profundidad. En la experiencia de los autores, los resultados obtenidos en estos ensayos pueden presentar marcadas diferencias dependiendo de la ubicación de los relaves dentro de la cubeta y sus características físico/químicas, por lo que es recomendable analizarlos diferenciadamente (Morales & Sfriso, 2024). Además, ejecutar ensayos CPTU en diferentes periodos de la extracción permite evaluar los efectos de esta sobre los relaves aún sin extraer. La Figura 1 muestra perfiles de resistencia de punta (qt), fuste (fs) y presión de poros (u2) de CPTU ejecutados en un mismo sector con 7 años de diferencia. En general se observa un leve incremento en la resistencia de punta y fuste (ver Tabla 1), que podría estar asociado a la variabilidad del material o bien por posibles efectos de microestructura por envejecimiento (esto último fuera del alcance de este estudio), pero el perfil de presión de poros muestra una reducción importante bajo 10 m a causa de la profundización de las excavaciones en el entorno y el consecuente descenso del nivel freático del sector.

Resistencia no drenada

Los relaves antiguos suelen mantener su condición de materiales sueltos y con un alto grado de saturación, por lo que tienen una repuesta predominantemente contractiva al ser sometidos a esfuerzos de corte y un alto riesgo de experimentar licuefacción ante cargas rápidas. Por ello es importante estimar su resistencia no drenada. Típicamente se utilizan los ensayos CPTU para obtener la resistencia no drenada del relave mediante metodologías propuestas por diferentes autores, entre las que destacan Robertson (2010) y Jefferies & Been (2016). Es recomendable evaluar más de una metodología de estimación de resistencia no drenada a partir de ensayos CPTU y compararla con ensayos de resistencia en laboratorio. La Tabla 2 resume valores de resistencia no drenada en función del esfuerzo vertical efectivo (Su/σ′ν0) obtenidos de ensayos de CPTU para un proyecto de extracción de relaves antiguos, junto con los valores reportados por Morales & Sfriso (M&S, 2024). Es común en la práctica utilizar para efectos de diseño la resistencia no drenada asociada a los percentiles 25 o 30%.

Parámetro de estado

El parámetro de estado (ψ) es una de las maneras de estimar la susceptibilidad que puede tener un material a experimentar licuefacción (teoría del estado crítico, Been and Jefferies, 1985). Diversos autores han desarrollado relaciones empíricas para estimar el parámetro de estado a partir de ensayos CPTU, entre ellos Plewes et al., (1992), Robertson (2010) y Jefferies & Been (2016). Si bien estas correlaciones pueden presentar limitaciones respecto a su aplicación directa sobre relaves, y recomienda calibrar con ensayos de laboratorio, es un buen indicador para evaluar de forma preliminar la susceptibilidad a la licuefacción de los relaves que serán removidos. La Figura 2 muestra un perfil de parámetro de estado (ψ) obtenido a partir de ensayos CPTU, utilizando dos correlaciones empíricas.

Resistividad eléctrica

Los ensayos de resistividad eléctrica (ERT / TEM) son mediciones útiles para estimar indirectamente la condición de humedad que puede tener el relave en profundidad e identificar la presencia de posibles napas colgadas o niveles freáticos. A partir de estos ensayos, sumado a mediciones directas de humedad en muestras de sondajes, es posible establecer perfiles de contenido de humedad de los relaves a remover. La Figura 3 muestra dos perfiles de resistividad eléctrica ejecutados en relaves antiguos, distantes 60 m uno del otro. En ambos perfiles en general se observan valores de resistividad que estarían asociados a relaves de baja humedad, no obstante, se identifica un estrato de aproximadamente 5 m de espesor de muy baja resistividad que corresponde a un relave con un alto grado de humedad (notorio en perfil 2).

Ensayos de laboratorio

Ensayos básicos

Establecer las características físicas de los relaves como granulometría, plasticidad, densidad y contenido de humedad es relevante para definir las estrategias de extracción. Estas características influyen directamente en la respuesta del relave cuando sea removido. Relaves de granulometría más fina son más compresibles y de menor permeabilidad, lo que es menos favorable para la estabilidad de las excavaciones. Además, la densidad y grado de saturación que tenga el relave también impactará en su desempeño sísmico.

La Figura 4 muestra un perfil de contenidos de finos (material bajo #200) para muestras de relaves obtenidas de sondajes sónicos ejecutados previo a la remoción. Se observa que en la mayoría de los sondajes los relaves presentan contenidos de finos por sobre el 80%. Solo en el sondaje S1 predomina un relave más arenoso. Además, en la Figura 4 se presenta un perfil del contenido de humedad obtenido para estas muestras. En el caso de las muestras de relave fino el contenido de humedad se concentra en torno al 40%, mientras que en el relave más grueso el contenido de humedad está bajo el 20% en general.

Curva SWCC

La curva característica de retención de humedad (SWCC, por su sigla en inglés) es uno de los parámetros fundamentales para caracterizar materiales en condición no saturada y gobierna el flujo de agua bajo este régimen. Esta curva describe la relación entre la succión y el grado de saturación del material, permitiendo comprender su respuesta ante cambios de humedad.

En relaves, la SWCC adquiere un papel relevante debido a su alta variabilidad granulométrica, la cual influye de manera directa en su capacidad de retención de agua y estabilidad de las excavaciones. Un relave más fino tendrá una mayor capacidad de retención de agua comparado con un relave más grueso, limitando su capacidad de drenaje de agua ocluida. Por otra parte, los relaves parcialmente saturados ven incrementada su resistencia a causa de la succión, lo que favorece la estabilidad de las excavaciones. A modo de ejemplo, la Figura 5 muestra curvas SWCC de relaves finos y gruesos de diferentes proyectos de remoción. Las densidades de montaje de estos ensayos variaron entre 13.5 y 14.0 kN/m³.

Ensayos triaxiales monotónicos

Para establecer la resistencia al corte de los relaves antiguos, es recomendable realizar ensayos de resistencia triaxial sobre muestras inalteradas para preservar su estructura in situ (típicamente estratificada). Además, se recomienda contemplar ensayos no drenados sobre muestras de relave remoldeadas en condición suelta y ensayos drenados sobre muestras en condición densa, con el objetivo de obtener el ángulo de fricción de estado crítico (φ_cv) y curva de estado crítico (plano p’-e) (Jefferies & Been, 2016). La Figura 6 muestra resultados de ensayos triaxiales drenados y no drenados realizados sobre muestras inalteradas de relave fino (contenido de finos > 80%) obtenidas con tubo Shelby a distintas profundidades.

Estrategias de extracción

Debido a la heterogeneidad que presentan los relaves en general, se deben establecer estrategias de extracción que sean diferenciadas. Además, estas estrategias deben tomar en cuenta los riesgos asociados a desarrollar actividades de remoción dentro de un entorno con una alta susceptibilidad de experimentar licuefacción. Con base en la experiencia de los autores, a continuación, se indican una serie de recomendaciones para establecer estrategias de extracción de relaves que permitan mejorar los márgenes de seguridad.

Sectorización de relaves

Con base en los resultados de la campaña de caracterización geotécnica, es posible identificar comportamientos diferenciados entre los relaves de un mismo depósito, pudiendo sectorizar la cubeta en función de estos comportamientos. Es de esperar que los relaves más gruesos, ubicados cercanos a los puntos de descarga, tendrán un mejor desempeño geotécnico a la hora de generar las excavaciones mediante pitoneo hidráulico. Los relaves más finos por otra parte, ubicados cerca de las lagunas operacionales históricas, suelen mantenerse en una condición saturada y de alta compresibilidad hasta hoy, lo que implica mayores riesgos para la estabilidad de las excavaciones.

En la medida de lo posible, se recomienda iniciar las actividades de remoción en zonas de relaves más gruesos, que suelen ser sectores más favorables para la estabilidad de las excavaciones, y con ello ganar experiencia operacional antes de pasar a las zonas de relaves finos.

Geometrías de excavaciones

Es importante definir geometrías de excavaciones que sean diferenciadas según el tipo de relave (grueso y fino) tanto en el ángulo de corte del pitón hidráulico como en la profundidad máxima del talud. En la definición de las geometrías de las excavaciones es fundamental tener en cuenta que los relaves en general son altamente susceptibles a la licuefacción, por tanto, se deben considerar geometrías conservadoras. Además, en países como Chile y Perú, estas geometrías estarán gobernadas por el diseño sísmico.

Cabe destacar que a medida que las excavaciones se van profundizando y el relave secando, se produce un descenso del nivel freático y aumento de la succión, lo que mejora significativamente la estabilidad de los taludes y pueden evaluarse optimizaciones de geometrías.

Pitoneo hidráulico

Hasta hace algunos años atrás, para la remoción de relaves se utilizaban pitones hidráulicos operados a corta distancia, lo que implicaba un alto riesgo para los operadores en caso de una falla del talud contiguo. En la actualidad estos pitones suelen ser telecomandados a gran distancia, eliminando el riesgo para los operadores.

Los pitones hidráulicos actuales cuentan con sistema de control de presión de agua y de ángulos de funcionamiento, no obstante, las geometrías de corte dependen principalmente de la experticia de los operadores. Se debe procurar respetar las geometrías de diseño, evitando cortes con ángulos muy pronunciados o de mayores profundidades. También se debe colocar especial atención a no socavar el pie del talud con el agua a presión, ya que esta acción suele ser la causa más común de falla de estos. Asimismo, es recomendable que el pitón hidráulico se ubique sobre el talud que se quiere generar y no en la parte baja, ya que esto último no permite controlar la geometría de corte. Finalmente, se deben extremar las medidas de seguridad cuando se realiza la remoción en zonas de relaves saturados, con niveles freáticos someros, ya que esto aumenta significativamente el riesgo de fallas de flujo de los taludes.

Manejo de agua superficial

La existencia de agua libre dentro de la cubeta suele ser un problema para la estabilidad de las excavaciones. Previo al inicio de las actividades de remoción es recomendable evacuar el agua de cualquier laguna existente (el agua a usar en el pitoneo hidráulico debería almacenarse fuera de la cubeta). En caso de que esto no sea factible, generar zonas “secas” mediante la construcción de pretiles interiores para contener la zona de laguna. También se recomienda construir zanjas para promover el drenaje de agua de los relaves saturados más superficiales.

Durante la operación y en caso de eventos de lluvias extremas, se recomienda mantener zanjas para conducir las aguas de escorrentía superficial fuera de las zonas de las excavaciones y que sean bombeadas fuera de la cubeta. En lo posible, limitar las actividades de remoción durante eventos de lluvias, ya que esto aumenta el riesgo de inestabilidades de las excavaciones.

Franjas de seguridad en muros

Con el objetivo de mantener la integridad de los muros de cierre durante la remoción de los relaves, se deben generar franjas de seguridad de no extracción de relaves a lo largo de todos los muros. Con estas franjas se busca que la remoción de relaves en las cercanías de los muros no genere problemas de desconfinamiento del talud aguas arriba e ingreso de agua del pitoneo. Dependiendo de las características de los muros, estas franjas de seguridad pueden ir desde algunas decenas de metros hasta más de 200 m. De ser requerido, estas franjas de seguridad pueden ir reduciendo su extensión en función del monitoreo del muro y el desempeño de los taludes aledaños a las franjas. En el caso de que se considere también la deconstrucción de los muros de cierre, se deberán evaluar alternativas de remoción con métodos combinados (pitoneo hidráulico/excavación mecánica).

Potenciales fallas

Como ya se ha señalado, a pesar de que los relaves antiguos hayan sido depositados hace décadas, mantienen igualmente hasta hoy una alta susceptibilidad a la licuefacción y son materiales de baja competencia geotécnica en general. En ese sentido, las actividades de remoción se desarrollan en un ambiente de riesgo. Al igual que en las evaluaciones de riesgo de los depósitos de relaves (análisis del tipo FMEA), es necesario identificar cuáles son las potenciales fallas más importantes que pueden generarse y, con ello, establecer los controles críticos necesarios. A continuación, se describen las principales fallas que se identifican en la remoción hidráulica de los relaves.

νFalla de taludes por geometrías pronunciadas: son las fallas más comunes que se identifican durante las actividades de remoción y se deben principalmente a que las geometrías de corte del pitón (ángulo y profundidad del talud) superan la resistencia del relave. En general estas fallas suelen no involucrar grandes volúmenes de material.

νFalla de flujo: este tipo es menos recurrente que la anterior, pero genera consecuencias importantes para la operación. En general ocurren en zonas de relaves finos saturados que exhiben una respuesta no drenada y donde el nivel freático se ubica cerca de la superficie. En estas condiciones, la falla suele gatillarse cuando el pitón hidráulico genera una socavación del pie del talud y se pierde confinamiento, desencadenando la falla de flujo (licuefacción estática). En estos casos, la falla involucra grandes volúmenes de relave que se desplazan decenas de metros aguas abajo.

νFalla por licuefacción sísmica: este tipo también puede generar consecuencias importantes para la operación, no obstante, tienen muy baja ocurrencia. Para terremotos de gran intensidad pueden generarse fallas por licuefacción sísmica que involucren grandes volúmenes de relaves. En la experiencia de los autores, grandes terremotos ocurridos en Chile en los últimos años (Maule 2010; Iquique 2014; Illapel 2015) han generado algunas fallas por licuefacción en taludes de relaves, pero sin reportar consecuencias significativas ni daños a las personas.

Monitoreo geotécnico

Las operaciones de remoción presentan gran dinamismo y el relave suele tener alta heterogeneidad, lo que dificulta el control sobre todas las variables críticas asociadas a la estabilidad de las excavaciones. No obstante, es fundamental implementar un sistema de monitoreo geotécnico para evaluar el desempeño de las excavaciones en relaves y mejorar los márgenes de seguridad de las labores de remoción. El monitoreo geotécnico debiese contemplar al menos la siguiente instrumentación y acciones:

ν Piezómetros: instalar una red de piezómetros al interior de la cubeta con el objetivo de monitorear niveles freáticos (napas colgadas) y/o presiones de poros en los relaves para así alimentar los análisis de estabilidad para la definición de las geometrías de excavaciones. Además, con estos piezómetros se puede identificar el efecto de la profundización de las excavaciones sobre el descenso del nivel freático en el entorno. En lo posible, considerar piezómetros de cuerda vibrante/fibra óptica con telemetría en línea, para reducir la exposición de personal dentro de la cubeta.

ν Prismas topográficos: instalar prismas para control topográfico en aquellas zonas que no experimenten cambios de geometría en el corto plazo. Por ejemplo, sumideros (corresponde típicamente a la excavación de mayor profundidad dentro de la cubeta), pretiles y franjas de seguridad de muros.

ν Vuelos drone (fotogrametría/LiDAR): realizar vuelos drone para obtener levantamientos topográficos periódicos de alta resolución que permitan controlar las geometrías de las excavaciones, identificar zonas de sobre excavación o de acumulación inesperada de agua.

ν Interferometria Insar: con imágenes satelitales se pueden controlar deformaciones superficiales a gran escala dentro de la cubeta.

ν Inspecciones visuales: si bien es necesario limitar la exposición de personas al interior de la cubeta, se deben realizar inspecciones visuales luego de eventos de fallas de taludes, aparición de grietas y posterior a eventos sísmicos de importancia.

ν Campañas geotécnicas: desarrollar campañas de caracterización geotécnica de seguimiento de las condiciones de los relaves para identificar cambios que deban ser incorporados en las estrategias de remoción.

ν Monitoreo muros: se debe mantener el monitoreo geotécnico completo de los muros perimetrales y evaluar la necesidad de complementarlo en caso que la instrumentación existente no cumpla los estándares de seguridad actuales. Como estos depósitos pueden haber estado inactivos por muchos años, se debe revisar el estado de funcionamiento de la instrumentación instalada.

Conclusiones

1. Si bien la remoción de depósitos de relaves antiguos puede tener beneficios en términos de valor económico y cumplimiento de compromisos ambientales y/o sociales, también implica desafíos significativos. En ese sentido, este trabajo resume los principales retos geotécnicos que se identifican en la remoción de depósitos de relaves antiguos.

2. Uno de los primeros desafíos es que estos depósitos presentan alta heterogeneidad y falta de documentación técnica, lo que dificulta su caracterización y planificación de extracción. Además, la remoción implica riesgos geotécnicos significativos, principalmente por la susceptibilidad de los relaves a la licuefacción, condiciones de alta saturación y baja resistencia geotécnica.

3. Es fundamental ejecutar campañas integrales de caracterización geotécnica (ensayos CPTU, resistividad eléctrica, laboratorio) para definir estrategias de extracción adaptadas a relaves gruesos y finos, y ajustar las geometrías de excavación de forma conservadora. Se deben establecer estrategias de extracción que tengan en cuenta la heterogeneidad que puedan tener los relaves. El manejo del agua superficial y la gestión de la estabilidad de taludes son críticos.

4. El monitoreo geotécnico integral (piezómetros, drones, inspección visual, etc.) es clave para anticipar y controlar potenciales fallas, asegurando la seguridad de las operaciones y del personal.

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