UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL RESUMEN El presente trabajo aplicativo, busca dar a conocer otro método alternativo para evaluar el potencial de licuación en relaves, basado en la realización de ensayos insitu como CPTu. ALUMNA: CECILIA TORRES QUIROZ 20072098A CURSO:DINÁMICA DE SUELOS PROFESOR: DIANA CALDERON ANÁLISIS DE LICUACIÓN EN RELAVES MEDIANTE ENSAYOS INSITU PRESENTACIÓN FINAL ENERO, 2017 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ANÁLISIS DE LICUACIÓN EN RELAVES MEDIANTE ENSAYOS INSITU 1. ESTADO DEL ARTE La licuación se entiende como la pérdida sustancial de resistencia al corte de suelos granulares relativamente sueltos, saturados, en general no cohesivos, y de baja permeabilidad, al ser sometidos a tensiones de corte cíclicas alternadas (sismo). El fenómeno se origina debido a la tendencia del material a contraerse, al consecuente aumento de las presiones de poros y, con ello, a la disminución de las tensiones efectivas entre los granos, según señala Gabriel Ferrer, 2011. Comportamiento Capone, 2009 realizó ensayos triaxiales a probetas de relave secadas hasta el límite de contracción para presiones de confinamiento 1,2 y 4 kgf/cm2 y para la respuesta monótona obtuvo comportamiento dilatante en las tres. También realizó análisis dinámicos del cual concluyó que no se presentaría problemas de licuación en muestras dilatantes. Fourie,2006 menciona que el estado de densidad del relave espesado es determinante en su potencial de licuefacción, la suceptibilidad de licuefacción se vería reducida cerca de la superficie si se logra obtener una condición no saturada gracias al desecamiento. Henríquez y SImms, 2009, realizaron estudios sobre el efecto de depositación en capas de relaves en pasta tanto para el caso estático como para la situación en que el flujo de relave escurre por encima del depósito. Además incorporaron los ensayos slump que identifica que tan fluido está el material al momento de su colocación. Robertson, 2010 profundiza en su teoría para caracterizar el comportamiento del material del suelo, es decir si tendrá un comportamiento dilatante o contractivo. Los casos de licuación estática de los residuos mineros y su escape del depósito no ocurren necesariamente en todos los casos de deslizamiento, también puede ocurrir en casos donde se aplique una carga al depósito. Cuando se presenta la licuación estática, la masa de residuos escapados se comporta como un verdadero líquido viscoso, pudiendo deslizarse varios kilómetros, aun cuando la pendiente sea suave. (Oldecop y Rodríguez,2007) En Brazil a raíz de la falla de la presa San Marcos, se han empezado a hacer mayor cantidad de estudios de licuación de los relaves. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 2. ENSAYOS INSITU Los ensayos CPTu (Ensayo de Piezocono dinámico) se emplean para evaluar la suceptibilidad de los relaves con respecto a la licuefacción de los mismos, deacuerdo a lo descrito por Winckler et al, 2012. La principal limitación del ensayo es que está no puede extenderse a más de 30m de profundidad. Este ensayo permite evaluar el potencial de licuación del relave bajo cargas dinámicas, para lo cual se han establecido 4 métodos. • Comparación entre registro de presiones de poros estática y dinámicas. • Desarrollo del parámetro Presión de poros normalizados (P-value) • Trazado de gráficos de datos CPTu normalizados con líneas de parámetros de estado; y • Trazado de gráficos de datos de diferencias de parámetros de estado. Comparación entre presiones de poros medidos estáticas y dinámicas Los presiones de poros obtenidos del ensayo se grafican y se realiza la comparación de manera gráfica para determinar el potencial del comportamiento dilatante y contractivo del material. • Materiales que muestras presión de poros dinámica mayor que la estática indica que el material tendrá un comportamiento contractivo durante esfuerzos cortantes. • Materiales que muestran presión de poros dinámica menor que la estática indica que el material tendrá un comportamiento dilatante durante esfuerzos cortantes. Parámetro de presion de poros normalizado P-valor, el calculado como la diferencia de la presión dinámica-estática. Si este valor es negativo significa que la presión de poros dinámica es menor a la estática y que el material muestra un comportamiento dilatante. Mientras que si este valor es positivo se trata de un comportamiento contractivo. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Propiedades del material normalizada y el State Parameter Se crean gráficos de tipo de comportamiento del suelo CPTu normalizado (diagrama SBTn) para los sondeos de CPTu seleccionados siguiendo el método de Robertson (2010) para evaluar el comportamiento del material. El diagrama SBTn, y los datos de casos de licuación incluidos muestran que las fallas por licuación se han dado en materiales cuya datos de CPTu se han dibujado sobre la zona 4 y 5;,y por debajo de la resistencia de punta de 70Mpa. Dentro de los casos graficados incluye la licuación en relave (caso 35), tal como se observa en la figura 2.1. La línea Qtn=70 es similar al parámetro - . El parámetro linea para son además mostrados en la figura 2.2. Figura 2.1 Casos de falla por licuación (Robertson, 2010) Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A y UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Resistencia de punta normalizada(MPa) vs razón de fricción normalizada (%) Relaves con característica dilatante se dibujan por lo general por arriba de parámetro del gráfico y los relaves de naturaleza contractiva por debajo de este. Diferencia entre el parámetro State La gráfica de diferencias de parámetros de estado combina la evaluación de la diferencia de presión de poro normalizada (P-valor) y el CPTu normalizado trazas de comportamiento del suelo de datos para proporcionar una herramienta adicional para ayudar a caracterizar como potencialmente contractivo o dilatador. Conclusión Acorde a lo escrito por Winckler et al, 2012 señala que los relaves que podrían ser clasificados como potencialmente dilatante indican menos susceptibilidad a la licuación. Si todos estos métodos apuntan consistentemente a un comportamiento contractivo o dilatante, entonces se puede hacer un caso fuerte para esta caracterización de pérdida de fuerza y se aumenta la confianza en la caracterización, en caso los resultados son mixtos, entonces se justifica una caracterización menos definitiva y más conservadora. En algunos sondeos CPTu, comportamiento de material contractivo se encontró a profundidades más profundas y un comportamiento del material dilatante se encontró a mayor profundidad, es decir, CPT-C. Las pruebas de laboratorio estáticas y cíclicas deberán confirmar esta caracterización. Si todos los métodos indican claramente que el material es contractivo, significa que es potencialmente licuable. Esta caracterización se ajusta bien con la licuación estática. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 3. EJEMPLO DE APLICACIÓN DEPÓSITO DE RELAVES, RG2 EAST Los trabajos se desarrollaron en JAGUAR MINING INC ubicada dentro del estado de Minas Gerais, a 50 km al este de la ciudad de Belo Horizonte, dentro del cual, se encuentra el Complejo Minero de Caete, lugar donde se llevaron a cabo las investigaciones geotécnicas del Depósito RG2 East. Figura 3.1 Ubicación de los complejos Caete y Turmalina de la ciudad Belo Horizonte. Este depósito está constituido por una excavación cóncava con una profundidad máxima de 65 m, rellenada con relave fresco lanzado desde la corona del dique. Este relave ha tenido un proceso de secado por capas, el cambio de coloración de los relaves depende del proceso operacional (calidad del relave) en algunos casos se observó coloración grisácea en otros coloración marrón clara a mostaza. En la imagen mostrada (extraída de google earth), se observa la presencia de agua. Sin embargo, en el momento de la ejecución de los trabajos, el agua había sido evacuada y en algunos casos el relave mostraba grietas debido contracción del relave durante su secado. En algunas zonas, se notaba una superficie relativamente endurecida y en el extremo Noreste del depósito, una superficie blanda (formación de huellas profundas al pisar). Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Figura 3.2 Ubicación de las investigaciones geotécnicas en el depósito RG2 West Figura 3.3 Situación actual – RG2 West (Secado superficial) Z Figura 3.4 Sección donde Z=60m Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Figura 3.5 Magnitud del depósito ENSAYOS INSITU • Se realizaron ensayos CPT/CPTu y SPT para evaluar el potencial de licuación. • Para el caso de ensayo CPTu se consideró que el nivel freático se encontraba a 4m de profundidad, acorde con lo observado en la ejecución del ensayo SPT-16-01A. Se realizaron 03 mediciones de disipación de poros en el punto CPT-16-01A a 15.00, 20.10 y 30.00m; en el punto CPT-16-02 a 15.00, 26.00 y 30.00m y en el punto CPT-16-03 a 15.00, 20.00 y 31.00. Las medidas de disipación de la presión de poros, se dio en 90 y 120 segundos. • La extracción de las muestras tipo shellby, se realizaron próximas a los puntos donde se habían realizado los ensayos CPT. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Figura 3.6 Consistencia del material en los casos donde no hubo recuperación. MÉTODOS PARA EVALUAR POTENCIAL DE LICUACIÓN 3.3.1. Comparación entre presiones de poros medidos estáticas y dinámicas El relave tendrá un comportamiento contractivo. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 3.3.2. Parámetro de presion de poros normalizado El relave tendrá un comportamiento contractivo. 3.3.3. Propiedades del material normalizada y el State Parameter A continuación se presenta la clasificación del suelo acorde a lo propuesto por Robertson, 1986 Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Figura 3.7 Resultados CPT ploteados por la gráfica propuesta por Robertson, 1986 De acuerdo a la ubicación de los puntos para los 03 ensayos CPTu se observa que el material será contractivo por encontrarse por debajo de la Qtn=70. Los resultados y la Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL consistencia de los mismos, definen al material con un comportamiento contractivo, así mismo se caracteriza según el gráfico de Robertson como Arcilla limosa a limo arcillosa, arena limosa a arcilla limosa y limo arenoso a arena limosa debido a que los puntos evaluados caen en las zonas 5, 6 y 7, respectivamente. Los puntos graficados que caen en las zonas 6 y7 corresponden a capas licuables. 4. CONCLUSIONES • Los resultados de los ensayos CPTu, al evaluar el potencial dilatante o contractivo del material han mostrado por los 3 primeros métodos señalados al inicio del presente trabajo. Indican que el relave evaluado tendrá un comportamiento contractivo, esto significa que es un material potencialmente licuable. • De acuerdo a la gráfico de Robertson,1986 el material se clasifica como Arcilla limosa a limo arcillosa, arena limosa a arcilla limosa y limo arenoso a arena limosa debido a que los puntos evaluados caen en las zonas 5, 6 y 7 respectivamente. Los puntos graficados que caen en las zonas 6 y7 corresponden a materiales arenosos que considerando que se encuentran por debajo del nivel freático son capas potencialmente licuables. • La licuación estática se daría en caso la minera decidiera utilizar esta área para depositar material. • Durante la realización de ensayos SPT manuales, se observó que en la superficie se formaban conos de arena (signos de licuación) después de 12 horas de ejecutados los ensayos. • El ensayo CPT tiene sus limitaciones sólo se es capaz de evaluar hasta los 35m de profundidad, en el caso aplicado se tiene profundidades máximas de 60m, de acuerdo a lo observado a la sección mostrada. • Los resultados de los ensayos SPT son empleados para evaluar potencial de licuación siguiendo la teoría de Seed e Idriss,1971. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 5. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA Oldecop and Rodríguez, 2007 “Mecanismos de fallas de las presas de residuos mineros” Publicado en Argentina, revista IngenieríaCivil 148/2007. Winckler, Davidson and Yenne, 2014 “CPTu-based state characterization of tailings liquefaction susceptibility”. USA Torres, Luis 2011“Assessment of two cone penetration test based methods for evaluating the liquefaction potential of tailings dams” Interim research report, Univeristy of the Witwatersrand. Elaborado por: Cecilia Torres Quiroz Código: 20072098A
