INFORME DE LA VISITA A LA MINA CUAJONE
17-18 AGOSTO 2006
Dr. Víctor M. Ponce
Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental
Universidad Estatal de San Diego, California, EE.UU.
ANTECEDENTES
Por invitación del Ing. José de Piérola, Gerente del Departamento de Recursos Hídricos, Southern Peru Cooper Corporation, se ha visitado la Mina Cuajone, en Moquegua, Perú, en los días 17-18 de agosto de 2006. La visita tiene por objeto interaccionar con el personal técnico de la empresa en lo referente al manejo de agua y sedimentos en la Mina Cuajone y sus alrededores.
La visita comprendió dos salidas al campo, los días 17 y 18 en la mañana, y una presentación en la tarde del día 17. En la visita del día 17 se examinaron las obras y proyectos en las zonas de Chuntacala, Hidro, y Cola del Reservorio. En el día 18 se examinaron las obras y proyectos en la zona central y de aguas abajo de la mina. En la presentación estuvieron presentes los Ings. José de Piérola, Eladio Fabián, Jefe de Recursos Hídricos-Cuajone, Carlos Sánchez, Jefe de Recursos Hídricos-Toquepala, así como el personal técnico del Departamento de Recursos Hídricos.
PROBLEMÁTICA
La mina a tajo abierto de Cuajone está localizada en el departamento de Moquegua, en los contrafuertes de la región sur-andina del Perú, con un clima árido a semiárido, en el cual la precipitación media anual varía de 120 mm en el extremo Oeste de la cuenca a 500 mm en su extremo Este. Las pendientes son relativamente altas y la cobertura de vegetación es escasa.
La mina propriamente dicha está en la Quebrada Torata y sus alrededores. Como tal, intercepta el agua superficial y subterránea, y los sedimentos, tanto en la Quebrada Torata como en sus tributarios, entre ellas las quebradas Chuntacala y Arondaya. Conforme el tajo abierto aumenta en profundidad, se incrementa la gradiente para el flujo de agua y sedimentos a la mina, dificultando el trabajo de extracción del mineral.
Los proyectos y obras que se han concebido y ejecutado hasta el momento tienen por objeto desviar el flujo de agua y sedimentos hacia la quebrada vecina (al norte), con el fin de reducir el costo de operación de la mina (Fig. 1).
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IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS
En general, los problemas existentes se refieren al manejo de agua y sedimentos en el sitio de la mina y sus alrededores, con el fin de minimizar costos relacionados con la obstrucción de las operaciones de extracción por efecto del flujo incontrolado de agua, tanto superficial como subterránea, y sedimentos.
La visita permitió identificar los siguientes problemas, en diferentes etapas de manejo:
- Formación de cárcavas, y consecuente aumento en la producción de sedimentos.
- El desvío del agua superficial, agua subterránea, y sedimentos (Figura 2).
- El manejo de los sedimentos que llegan al reservorio Torata (Figuras 3 y 4).
- El manejo de la caída aguas abajo del sitio de mina (Figuras 5 y 6).
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DIAGNÓSTICO
La región es árida-semiárida; por lo tanto, produce gran cantidad de sedimentos en forma natural. En ciertos casos, la producción de sedimentos puede ser exacerbada por acciones antropogénicas. La gran profundidad del tajo abierto contribuye a que la gradiente del flujo de agua superficial y subterránea aumente.
Las condiciones climáticas en la zona son tales que se pueden producir avenidas de consideración en todas las quebradas tributarias. Es necesario tomar en cuenta esta eventualidad, diseñando las obras de desvío para períodos de retorno suficientemente largos con el fin de minimizar el riesgo de falla.
FORMACIÓN DE CÁRCAVAS
Las cárcavas son características geodinámicas del paisaje. Se forman naturalmente cuando una sequía severa es seguida de una inundación severa, usualmente en regiones que tienen poca cobertura de vegetación. Una cárcava es una corriente o quebrada nueva, que produce gran cantidad de sedimento, hasta formar eventualmente un curso natural en equilibrio.
Las cárcavas también pueden formarse por efecto de acciones antropogénicas. El sobrepastoreo es usualmente causa de cárcavas, particularmente durante una secuencia de sequía y avenida severas. La recuperación de cárcavas es difícil; usualmente requiere de un manejo adecuado del pastoreo en las cuencas tributarias, y de la construcción de pequeñas obras de retención de agua y sedimentos con el fin de parar el desarrollo de la cárcava. En algunos casos, ha sido posible eliminar las cárcavas con estructuras simples y un manejo adecuado del pastoreo (Ponce y Lindquist, 1990).
Debido a su forma, las cárcavas, una vez formadas, tienden a ser grandes contribuyentes de sedimentos. Por eso, es necesario estudiar las cárcavas, su geometría, edad, y condiciones que indiquen sobrepastoreo. El objetivo a largo plazo, de ser económicamente posible, es eliminar las cárcavas, reduciendo así la erosión y el transporte de sedimentos asociados con ellas.
DESVÍO DE AGUAS Y SEDIMENTOS
El problema central del manejo de recursos hídricos en Cuajone es el desvío de las aguas y los sedimentos del sitio de la mina (Figura 2). Este trabajo es necesario, ya que el tajo abierto está localizado en una cuenca hidrográfica, y las contribuciones de aguas superficiales, subterráneas, y sedimentos deben ser manejadas con cuidado. Actualmente existe un desvío de un curso de agua a través de un corte, el cual deposita el agua en la cuenca vecina. Las condiciones en el punto de entrega del canal no son óptimas, desde el punto de vista del transporte de sedimentos, y han ocasionado una considerable erosión. Esta erosión continuará hasta que se reestablezca el equilibrio en la ladera.
Existe también el proyecto de la construcción de un canal para desviar las aguas de una quebrada hacia otra vecina, protegiendo así el sitio de mina. La pendiente de este canal deberá ser lo suficientemente alta para que transporte el sedimento (grueso) de la quebrada, pero no tan alta como para producir flujo supercrítico o inestable. Se recomienda que el canal se construya de mampostería u otro material rugoso, de manera de mantener el número de Froude (de diseño) muy cerca a uno (1).
Otra consideración es la concentración de sedimentos, la cual, si excede 50,000 ppm se considera alta, y generalmente no sujeta a las leyes de la hidráulica clásica.
Un principio importante en el manejo de agua y sedimentos es la relación de Lane, que especifica que el producto del caudal líquido por la pendiente es proporcional al producto del caudal sólido por el tamaño medio del grano (Lane, 1955; Simons y Sentürk, 1977).
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Qw So ∝ Qs d50 | [Ecuación 1] |
Por ejemplo, la disminución de la pendiente, como es usual en el caso de un canal de desvío, produce una disminución en la capacidad de transporte de sedimentos y una consecuente sedimentación (colmatación). Asimismo, la reducción en el gasto de sedimentos aguas abajo de la presa ("agua hambrienta"), produce una tendencia a la degradación del lecho del río hasta que se reestablezca el equilibrio. Este fenómeno debe documentarse aguas abajo del reservorio Torata.
El desvío de aguas subterráneas merece especial mención. Un estudio exhaustivo del flujo de agua subterránea permitirá establecer las cantidades de los flujos, su gradiente y dirección. El desvío de aguas subterráneas se puede hacer colectando las aguas subterráneas y convirtiéndolas en superficiales, con el fin de conducirlas por canales de desvío apropiados. El procedimiento es costoso, y requiere de una gran inversión. Su costo puede compararse con la alternativa de no hacer nada, lo cual puede afectar negativamente el sitio de mina (percolaciones excesivas de agua subterránea).
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MANEJO DE SEDIMENTOS EN EL RESERVORIO
La tendencia natural es que los sedimentos eventualmente se depositen en la vecindad del reservorio Torata (Figura 3), el cual sirve para almacenar y desviar las aguas de la Quebrada Torata. Por tanto, siempre existirá en algun grado, el problema de cómo disponer de los sedimentos que llegan al reservorio. La solución es analizar la granulometría de los sedimentos, particularmente los que se depositan en la entrada (cola) del reservorio (Figura 4), con el fin de determinar si el material es comercializable para agregados. De otra manera, será necesario establecer un plan de remoción de los sedimentos, y su entrega en lugares de almacenamiento aguas abajo de la represa Torata.
Otro aspecto que es necesario definir es la cantidad de sedimentos que llegan al reservorio, con el fin de examinar si está aumentando, o si se ha ya establecido un equilibrio geodinámico en la cuenca tributaria. Conviene mencionar que en el equilibrio, el transporte de sedimentos es una cantidad constante, y no se puede disminuir o aumentar sin causar efectos colaterales en las quebradas y demás tributarios del sistema. La producción de sedimentos a nivel de cuenca merece un estudio detallado para reforzar el proceso de planeamiento.
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MANEJO DE LA CAÍDA DE AGUA
La caída de agua aguas abajo de la represa Torata (Figura 5) ha causado la remoción de una gran cantidad de material de la ladera del cerro. La tendencia actual es a la obstrucción del río con el deslizamiento producido por la caída libre (Figura 6). La recomendación es que se implemente una caída a presión y una central hidroeléctrica, con la cual se genere una cantidad de energía limpia que reemplace en parte a los combustibles fósiles consumidos en la operación de la mina.
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CONCLUSIONES
El manejo de agua y sedimentos en la Mina Cuajone es técnicamente complicado. El objetivo es disminuir el riesgo de que llegue agua y sedimentos incontrolados a la mina, interfiriendo con las actividades normales de extracción del mineral. Las soluciones que se plantean tienen sus ventajas y desventajas. La solución que tenga más ventajas con el menor costo es la solución más conveniente.
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BIBLIOGRAFÍA
Lane, E. W. 1955. The importance of fluvial morphology in hydraulic engineering. Proceedings, American Society of Civil Engineers, Vol. 81, Paper No. 745, July. http://ponce.sdsu.edu/milestone_lane.html
Ponce, V. M., y D. Lindquist. 1990. Management of baseflow augmentation: A review. Water Resources Bulletin, Vol. 26, No. 2, April, 259-268. http://ponce.sdsu.edu/baseflowaug259.html
Simons, D. B., y F. Senturk. 1977. Sediment transport technology. Water Resources Publications, Fort Collins, Colorado.