Date post: | 01-Mar-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | gonzalo-abarca |
View: | 216 times |
Download: | 0 times |
of 197
7/25/2019 Cf Santos Eo
1/197
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL
COMPORTAMIENTO MONTONO Y CCLICO NO DRENADO DE ARENAS DERELAVES INTEGRALES
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE
MAGSTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERA
MENCIN INGENIERA GEOTCNICA
MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL
ELOY FERNANDO SANTOS OSSANDN
PROFESOR GUA:RAMN VERDUGO ALVARADO
MIEMBROS DE LA COMISIN:CLAUDIO FONCEA NAVARRO
LENART GONZLEZ LAGOSLUIS PAREDES ACEVEDO
SANTIAGO DE CHILEOCTUBRE, 2011
7/25/2019 Cf Santos Eo
2/197
RESUMEN DE LA TESIS PARA OPTARAL GRADO DE MAGSTER EN CIENCIAS DELA INGENIERIA, MENCIN INGENIERAGEOTCNICA Y AL TTULO DE INGENIEROCIVILPOR: ELOY SANTOS OSSANDN.FECHA: 11/10/2011
PROF. GUA: SR. RAMN VERDUGO A.
COMPORTAMIENTO MONTONO Y CCLICO NO DRENADO DE ARENAS DE RELAVES
INTEGRALES
El aumento en los estndares medioambientales y la incesante bsqueda de reducir los costos
de produccin en los proyectos mineros, ha facilitado el desarrollo de nuevas tecnologas de
depositacin de los desechos producidos por las labores de extraccin y produccin de
minerales. En el caso de los relaves mineros se han desarrollado tcnicas para su tratamiento y
depositacin, que requieren de un menor consumo de agua y en los que no se requiere el
proceso de cicloneado del relave integral. Estas formas de tratamiento son cada vez ms
utilizadas en Chile e incluyen a los relaves filtrados, espesados y en pasta. Estos relaves, en
general, poseen granulometras ms finas y presentan condiciones de depositacin distintas a
las de los depsitos convencionales, requiriendo de ensayos de laboratorio que permitan
evaluar la estabilidad esttica y ssmica de sus depsitos.
En este estudio se realizaron ensayos triaxiales del tipo CIU, montonos y cclicos a presiones de
confinamiento entre 1 y 30 kg/cm2, a muestras de arena de relave integral del Tranque de
relaves de cobre Ovejera. Se consideraron 2 condiciones de preparacin de probetas para
estudiar el efecto del secamiento del relave en la estabilidad esttica y ssmica de los depsitos
(Tipo Slurry y Secas-Resaturadas). El programa de ensayos permite evaluar la influencia de la
presin de confinamiento en la resistencia cclica, a travs del parmetro Ky el efecto de la
rotura de partculas en los parmetros de resistencia al corte c y .
Los resultados de los ensayos triaxiales montonos CIU muestran un comportamiento
contractivo del relave ensayado a la densidad obtenida por los mtodos de depositacin
estudiados. No se observan diferencias entre ambos mtodos de preparacin, por lo que se
concluye que la tensin de preconsolidacin del relave debido al secado es menor a 1 kg/cm 2y
que la densificacin del relave integral es producida principalmente por consolidacin. No se
observa rotura significativa de partculas en el rango de presiones de ensayo. La resistencia
cclica de la muestra indica que este tipo de depsitos de relaves se encuentra propenso a
licuefaccin ante sismos de gran magnitud, pero sujeta a una correccin por confinamiento
menos restrictiva que en arenas naturales, con un factor K superior a 0.82 en el rango de
presiones de ensayo.
7/25/2019 Cf Santos Eo
3/197
.dedicado y en agradecimiento a muchos, pero en especial a mi madre.
7/25/2019 Cf Santos Eo
4/197
i
ndice de Contenidos
1 INTRODUCCIN...................................................................................................... 1
1.1
Objetivos y alcances ....................................................................................................... 4
2 TECNOLOGA DE ARENAS DE RELAVES INTEGRALES..................................... 6
2.1 Generalidades ................................................................................................................. 6
2.2 Definiciones y tipos de relaves integrales....................................................................... 6
2.3 Reactivos comnmente utilizados ................................................................................12
2.4 Pendiente y depositacin en terreno ...........................................................................13
2.5
Otras ventajas de los depsitos de relaves integrales .................................................15
2.6 Incertidumbres ..............................................................................................................16
3 COMPORTAMIENTO MONTONO DE ARENAS................................................. 17
3.1 Definiciones preliminares y lnea de estado crtico ......................................................17
3.2 Estado ltimo, estado de transformacin de fase y Quasi Steady State .....................19
4 COMPORTAMIENTO CCLICO NO DRENADO DE ARENAS............................... 23
4.1
Definiciones preliminares ..............................................................................................23
4.2 Falla de flujo y movilidad cclica ...................................................................................25
4.3 Factores que afectan a la resistencia cclica ................................................................26
4.3.1 Efecto de la presin de confinamiento .............................................................26
4.3.2 Efecto de la consolidacin anisotrpica ...........................................................29
4.3.3 Efecto de la densidad relativa ..........................................................................33
4.3.4 Efecto del porcentaje de finos y la plasticidad .................................................35
4.3.5 Mtodo de preparacin de la probeta ..............................................................37
4.3.6
Otros factores que afectan la resistencia cclica .............................................39
4.4 Evaluacin del potencial de licuefaccin ......................................................................39
4.4.1 Definiciones bsicas ........................................................................................39
4.4.2 Razn de tensiones cclicas solicitantes (Cyclic Stress Ratio CSR).............40
4.4.3 Razn de tensiones cclicas resistentes (Cyclic Resistance RatioCRR) ..............................................................................................................42
7/25/2019 Cf Santos Eo
5/197
ii
4.4.3.1 Ensayo triaxial cclico ..................................................................... 42
4.4.3.1.1 Cambio en la tensin total de confinamiento ................................. 44
4.4.3.1.2 Rotacin de tensiones principales ................................................. 45
4.4.3.1.3
Uniformidad de las cargas ............................................................. 45
4.4.3.1.4 Componentes de las cargas .......................................................... 46
4.4.3.1.5 Correccin de CRR obtenido del Ensayo Triaxial Cclico .............. 48
4.4.3.2 Ensayo SPT ................................................................................... 48
4.4.3.3 Ensayo CPT ................................................................................... 51
4.4.3.4 Correccin por magnitud de sismo ................................................ 54
5 ENSAYOS DE LABORATORIO............................................................................. 56
5.1 Metodologa de extraccin de muestras de terreno .....................................................56
5.2 Programa de laboratorio ...............................................................................................56
5.3 Equipos utilizados .........................................................................................................59
5.3.1 Equipo triaxial esttico para bajas presiones de confinamiento ......................59
5.3.2 Equipo triaxial montono para altas presiones de confinamiento ...................60
5.3.3 Equipo triaxial cclico para bajas presiones de confinamiento ........................62
5.3.4 Equipo triaxial cclico para altas presiones de confinamiento .........................63
5.4 Metodologa de ensayos ...............................................................................................66
5.4.1 Ensayos de caracterizacin bsica..................................................................66
5.4.2 Ensayo de relacin densidad-humedad ..........................................................66
5.4.3 Ensayos triaxiales y consolidaciones isotrpicas en celda triaxial ..................67
5.4.3.1 Probetas secas y re-saturadas ...................................................... 68
5.4.3.2 Probetas slurry ............................................................................... 71
6 ANLISIS DE RESULTADOS................................................................................ 79
6.1 Ensayos de caracterizacin. Descripcin de la arena de relave .................................79
6.2 Efecto del secamiento y de la consolidacin en el grado de densificacin ..................82
6.3 Ensayo de resistencia esttica no drenada ..................................................................85
6.4 Granulometras post ensayos triaxiales CIU ................................................................91
6.5 Resistencia cclica ........................................................................................................92
7 CONCLUSIONES................................................................................................. 106
7/25/2019 Cf Santos Eo
6/197
iii
7.1 Propiedades ndices ...................................................................................................106
7.2 Ensayos triaxiales montonos CIU y consolidacin isotrpica ..................................106
7.3 Ensayos triaxiales cclicos ..........................................................................................108
8 RECOMENDACIONES......................................................................................... 110
9 REFERENCIAS.................................................................................................... 111
Anexos
ANEXO 1: Propiedades ndice
ANEXO 2: Ensayos Triaxiales Montonos CIU y Consolidaciones Isotrpicas
ANEXO 3: Ensayos Triaxiales Cclicos CIU
ndice de Tablas
Tabla 2.1: Resumen de clasificacin de depsitos de relaves, segn D. S. N248(Caro, 2009). ..................................................................................................................... 10
Tabla 4.1: Algunos factores de correccin para el ensayo SPT (Modificado porSkempton, 1986) y enlistado por Robertson & Wride (1998) .............................................. 50
Tabla 5.1: Ensayos de caracterizacin inicial ..................................................................... 57
Tabla 5.2: Ensayos en celdas triaxiales. Probetas secas y re-saturadas ........................... 59
Tabla 5.3: Ensayos en celdas triaxiales. Probetas slurry ................................................... 59
Tabla 6.1: Resumen propiedades ndice ............................................................................ 81
ndice de Figuras
Figura 1.1: (a) Mtodo de crecimiento de aguas arriba, (b) mtodo de crecimiento enlnea central, (c) mtodo de crecimiento de aguas abajo (Troncoso, 1992) ......................... 2
Figura 2.1: Rangos indicativos de propiedades de concentracin para diferentespropsitos (Jewell, 2002) ..................................................................................................... 9
Figura 2.2: Descarga de Slurry convencional (Csvri et al., 2003)................................... 11
Figura 2.3: Pasta de alta densidad (Bedell et al., 2002) ..................................................... 12
Figura 2.4: Depsito de pasta con sistema de depositacin central (Newman, 2003). ....... 14
7/25/2019 Cf Santos Eo
7/197
iv
Figura 2.5: Depsito de relaves Integrales de alta densidad (Newman, 2003). .................. 14
Figura 3.1: Diagrama esquemtico que muestra dos definiciones de estado crtico, enestado drenado y no drenado (Yamamuro & Lade, 1998) .................................................. 18
Figura 3.2: Comportamiento montono no drenado: (a) e-p; (b) q-p. (Alarcn, 1998) ..... 20
Figura 3.3: Comportamiento general. Resistencia al corte en condicin no drenada enarenas bajo grandes niveles de deformacin (Yoshimine & Ishihara, 1998) ...................... 21
Figura 4.1: Simulacin de los estados de tensiones geosttico y cclico en unamuestra ensayada en el triaxial cclico. (Ishihara, 1996) ................................................... 23
Figura 4.2: Simulacin de los estados de tensiones geosttico y cclico en unamuestra ensayada en el triaxial cclico. (Ishihara, 1996) ................................................... 24
Figura 4.3: Valores de K determinados por varios investigadores (Seed & Harder,1990) ................................................................................................................................. 27
Figura 4.4: Dependencia de la resistencia cclica en la presin de confinamiento.Valores empricos de K Vaid et al, 2001) ....................................................................... 28
Figura 4.5: Dependencia de K en la densidad relativa.Vaid et al, 2001) ........................ 29
Figura 4.6: Variacin del factor de correccin, K, versus (despus Seed & Harder,1990) ................................................................................................................................. 31
Figura 4.7: Valores de K para dos niveles de confinamiento; 100 kpa y 400 kpa.(Vaid et al, 2001) ............................................................................................................... 32
Figura 4.8: Valores de K versus para arena suelta y densa (Dr~45 & 75%).(Corral, 2008) .................................................................................................................... 33
Figura 4.9: Variacin de la resistencia cclica en 20 ciclos con la densidad relativa y elcontenido de finos (Viertel, 2003) ...................................................................................... 34
Figura 4.10: Resistencia cclica vs nmero de ciclos en muestras de arenas derelaves con distinto porcentaje de finos. (Troncoso et al, 1985) ......................................... 35
Figura 4.11: Resistencia cclica vs nmero de ciclos en muestras inalteradas dearenas. (Ishihara & Kosaki, 1989) ...................................................................................... 36
Figura 4.12: Resistencia cclica vs nmero de ciclos en probetas con diferentesmtodos de preparacin: a) compactacin con vibracin y b) compactacin. (Mulilis etal, 1977)............................................................................................................................. 37
Figura 4.13: Razn de tensiones cclicas vs nmero de ciclos para producirlicuefaccin inicial. Tres mtodos de preparacin de probetas; MSP, Dry Tapping &Wet Rodding (Miura & Toki, 1981) ..................................................................................... 38
7/25/2019 Cf Santos Eo
8/197
v
Figura 4.14: rdversus profundidad. Curvas desarrolladas por Seed & Idriss (1971),junto a la curva promedio generada por las ecuaciones 4.6 (Seed & Idriss, 1971) ............ 41
Figura 4.15: Estado tensional simplificado generado por un sismo sobre un elemento
de suelo (Seed & Lee, 1966) ............................................................................................. 43
Figura 4.16: Estado tensional desarrollado en el ensayo triaxial cclico (Seed & Lee,1966) ................................................................................................................................. 44
Figura 4.17: Registro ssmico. Componentes verticales y horizontales. (Seed & Pyke,1975) ................................................................................................................................. 47
Figura 4.18: SPT para arenas limpias y con porcentajes de finos. CRR estimado parasismos de magnitudes Richter iguales a 7.5 (Seed et al, 1985) ......................................... 49
Figura 4.19: Curva recomendada para calcular CRR a partir del ensayo CPT.Recopilacin de datos a partir de casos reales de liquefaccin. (Reproducida por
Robertson & Wride, 1998) ................................................................................................. 52
Figura 4.20: Factor de correccin por magnitud de sismo, varios autores. (VariosAutores, 2001) ................................................................................................................... 55
Figura 5.1: Procedimiento de extraccin de las muestras en terreno. (Cifuentes &Verdugo, 2007) .................................................................................................................. 56
Figura 5.2: Disposicin del equipo triaxial montono CIU de altas presiones (IDIEM)........ 62
Figura 5.3: Equipo triaxial cclico de bajas presiones de confinamiento (Retamal,2005 & Corral 2008) .......................................................................................................... 63
Figura 5.4: Equipo triaxial cclico de altas presiones de confinamiento (IDIEM) ................. 65
Figura 5.5: Equipo de ensayo de lmite de contraccin ...................................................... 67
Figura 5.6: Disposicin del relave en la caja de secado. (Cifuentes & Verdugo, 2007) ...... 69
Figura 5.7: Detalle caja de secado. Muestra en proceso de secado (2 semanas) .............. 69
Figura 5.8: Bloques para tallado de probetas para ensayos triaxiales ................................ 70
Figura 5.9: Equipamiento auxiliar para la depositacin del relave slurry ............................ 72
Figura 5.10: Montaje de equipamiento auxiliar para la depositacin del relave slurry ........ 73
Figura 5.11: Sistema de generacin de vaco conectado a las paredes del molde einstalacin del cap superior en la probeta .......................................................................... 75
Figura 5.12: Probeta montada. Acrlico cilndrico ayuda a mantener vertical la probeta ..... 76
7/25/2019 Cf Santos Eo
9/197
vi
Figura 5.13: Cmara con agua. Probeta estable con una presin de cmara efectivade 0.1 kg/cm2. El acrlico se desprende por la humectacin del pegamento que unesus caras ........................................................................................................................... 77
Figura 6.1: Granulometra completa del relave integral utilizado en los ensayes ............... 79
Figura 6.2: Ensayos Proctor Estndar y Modificado. Muestra de arena de relaveintegral. .............................................................................................................................. 80
Figura 6.3: Evolucin de la densidad seca debido al secamiento del relave. ..................... 83
Figura 6.4: Evolucin del ndice de vacos debido al secamiento del relave. ..................... 83
Figura 6.5: Consolidacin isotrpica muestras slurry y seca re-saturada ........................... 84
Figura 6.6: Curvas tensin-deformacin de muestras secas re-saturadas ......................... 85
Figura 6.7: Trayectorias de tensiones de muestras secas re-saturadas ............................. 86
Figura 6.8: Lnea de Estado ltimo plano e-p. Muestras secas re-saturadas ................... 86
Figura 6.9: Curvas tensin-deformacin de muestras slurry .............................................. 87
Figura 6.10: Trayectorias de tensiones de muestras slurry ................................................ 88
Figura 6.11: Lnea de estado ltimo plano e-p. Muestras slurry ........................................ 88
Figura 6.12: Lnea de estado ltimo plano e-log(p). Ambas muestras .............................. 89
Figura 6.13: Resistencia no drenada de la muestra slurry ................................................. 90
Figura 6.14: Resistencia no drenada de la muestra seca re-saturada ................................ 90
Figura 6.15: Granulometras post-ensayos triaxiales montonos. Comparacin congranulometra inicial de la muestra .................................................................................... 91
Figura 6.16: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 100% depresin de poros. Muestras secas y re-saturadas .............................................................. 92
Figura 6.17: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 5%dedeformacin DA. Muestras secas y re-saturadas ............................................................... 93
Figura 6.18: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 10% dedeformacin DA. Muestras secas y re-saturadas ............................................................... 93
Figura 6.19: Resistencia cclica a los 20 ciclos, para c= 1 kg/cm2. Comparacin conlos resultados de Viertel a distintos porcentajes de finos ................................................... 94
Figura 6.20: Variacin del parmetro Kcon la presin de confinamiento efectiva ............ 96
7/25/2019 Cf Santos Eo
10/197
vii
Figura 6.21: Parmetro Kde este estudio comparado con el registrado en arenasnaturales y en arenas de relaves (modificado por Vaid et al, 2001) ................................... 97
Figura 6.22: Parmetro Kde este estudio comparado con el registrado en arenas
naturales a diferentes densidades relativas (Youd et al, 2001) .......................................... 98
Figura 6.23: Resistencia cclica en muestras secas re-saturadas. Resultados detriaxiales cclicos anisotrpicos con 3
= 1.0 kg/cm2y Kc=1.0, 1.5 y 2.0 ........................... 99
Figura 6.24: K(N=20 & =5% DA) vs . Muestras secas re-saturadas. Resultadosde triaxiales cclicos anisotrpicos con 3
= 1.0 kg/cm2................................................... 100
Figura 6.25: K(N=20 & =5% DA) vs . Muestras secas re-saturadas. Resultadosde triaxiales cclicos anisotrpicos con 3
= 1.0 kg/cm2. Comparacin con resultadosobtenidos por Corral (2008) ............................................................................................. 101
Figura 6.26: Resistencia cclica en muestras secas re-saturadas. Resultados detriaxiales cclicos anisotrpicos con 3= 5.0 kg/cm2y Kc=1.0, 1.5 y 2.0 ......................... 102
Figura 6.27: Factor de correccin K(= 5 kg/cm2). Comparacin con el productoKx K........................................................................................................................... 103
Figura 6.28: Factor de correccin K(= 5 kg/cm2). Comparacin con el productoKx K obtenido por Seed & Harder (1990) en arenas naturales ................................... 104
Figura 6.29: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 100% depresin de poros. Comparacin entre probetas slurry y probetas secas y re-saturadas ... 105
7/25/2019 Cf Santos Eo
11/197
1
1 INTRODUCCIN
Anualmente en el mundo, debido slo a los procesos de extraccin y elaboracin
de cobre, se producen cada ao aproximadamente 130 millones de toneladas de
material de desecho, registrndose un aumento significativo en los ltimos 20
aos debido al aumento en la produccin de cobre en el mundo.
Este incremento, unido a los nuevos estndares medio-ambientales y de
seguridad, hace que las tecnologas asociadas a metodologas de depositacin de
desechos mineros sean cada vez ms sofisticadas.
Un tipo de desecho minero es el relave, que segn los mtodos disponibles
actualmente, es almacenado en depsitos de diversas geometras y formas de
tratamiento.
Los tranques de relaves convencionales, que corresponden a los depsitos de
relaves ms utilizados hasta la fecha, consideran la separacin de la fraccin fina
del material (lama) de la fraccin gruesa (arena). La arena es utilizada para la
construccin del muro que acta como soporte de la lama.
Segn el mtodo de construccin del muro del tranque, se denominan tranques de
relaves aguas arriba, aguas abajo y de crecimiento central. Estos mtodos de
crecimiento se muestran en la figura 1.1.
7/25/2019 Cf Santos Eo
12/197
2
Figura 1.1: (a) Mtodo de crecimiento de aguas arriba, (b) mtodo de crecimiento en lnea central, (c)mtodo de crecimiento de aguas abajo (Troncoso, 1992)
7/25/2019 Cf Santos Eo
13/197
3
Por otra parte estn los depsitos de relaves integrales, donde la gran diferencia
con los tranques de relaves convencionales est en que no se realiza el proceso
de cicloneado del relave. Es decir, se deposita el material en su totalidad, sin
separarlo entre arena y fraccin fina. De ah viene que se utilice el trmino
integral en su identificacin.
A la fecha, los estudios publicados acerca de la tecnologa de depositacin de los
relaves integrales han abordado mayoritariamente aspectos ms bien
relacionados a la capacidad de transporte y a la disposicin del relave en terreno.
Existen numerosos estudios que entregan avances en torno a velocidades de
asentamiento, concentracin de slidos, viscosidad y resistencia al corte del
relave. En estos estudios destacan los aportes que han realizado por separado
Robinsky y Jewell (Robinsky 2000, Jewell 2002).
Cabe sealar que los estudios que abordan la resistencia al corte del material
utilizan estos resultados para estimar el desplazamiento y la velocidad del relave
en los procesos de depositacin. Para esto, generalmente se utilizan los
resultados de ensayos de veleta realizados en terreno. Con estos resultados se
realizan correlaciones con el porcentaje de slidos de depositacin del relave, demanera de optimizar las labores de disposicin del material. Resulta importante
recalcar que estos ensayes no se encuentran orientados a evaluar la estabilidad
de la configuracin geomtrica del depsito. Tambin por sus caractersticas, el
ensayo de veleta es un ensayo que se puede aplicar a estratos superficiales, por
lo que no considera el efecto de la consolidacin del relave debido a capas
superiores de material, ni el efecto que la presin de confinamiento ejerce en la
resistencia al corte.
La estabilidad ante eventos ssmicos de estos depsitos se evala teniendo
presente y evaluando el fenmeno de licuacin. Una de las formas de estudiar
este fenmeno es mediante la realizacin de ensayos triaxiales montonos y
cclicos en condicin no drenada sobre muestras representativas del relave
7/25/2019 Cf Santos Eo
14/197
4
integral a estudiar. Con los resultados de los ensayos triaxiales cclicos se obtiene
la resistencia cclica del relave, con la cual es posible estimar el potencial de
licuacin del depsito. No obstante, es escasa la investigacin publicada
concerniente a la evaluacin de la resistencia cclica en este tipo de depsitos. Es
posible citar las reportadas por Poulos et al (1998) y Cifuentes et al (2007).
Teniendo presente la importancia del estudio del fenmeno de licuacin en la
evaluacin ssmica de depsitos de relaves espesados y a que no existe
realmente mayores estudios reportados sobre este tema, se ha decidido a travs
de la presente Tesis estudiar las propiedades geomecnicas de una muestra de
arenas de relave integral, obtenida del tranque de relaves Ovejera, ubicado en la
regin Metropolitana de Chile.
1.1 Objetivos y alcances
El principal objetivo del presente trabajo es determinar, mediante ensayos
realizados en laboratorio, las propiedades geomecnicas asociadas con el
fenmeno de licuacin de la arena de relave integral del tranque de relaves de
cobre Ovejera, ubicado en la regin Metropolitana de Chile.
Especficamente, se evalan los parmetros de resistencia al corte y la resistencia
cclica mediante ensayos triaxiales montonos y cclicos en condicin no drenada,
con consolidaciones istropas y anistropas. Estos ensayos se realizan en
probetas con dos tipos de preparacin y considerando presiones de
confinamiento efectivas hasta 30 kg/cm2, de manera de verificar el efecto del
secamiento del relave y el efecto de las altas presiones en el potencial de
licuacin. A continuacin se especifican los alcances del estudio en estas dos
variables.
7/25/2019 Cf Santos Eo
15/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
16/197
6
2 TECNOLOGA DE ARENAS DE RELAVES INTEGRALES
2.1 Generalidades
La tecnologa de relaves integrales espesados (TTD; Thickened Tailings Disposal)ha tenido en el mundo un gran progreso desde el ao 1995 aproximadamente,
debido principalmente a las significativas ventajas econmicas y medio
ambientales que presenta, en comparacin a la tecnologa estndar de
depositacin de relaves (Jewell et al., 2002 y 2003). Dentro de las ventajas
econmicas principales de estos depsitos, se encuentra la disminucin de la
altura de los muros convencionales de contencin.
Efectivamente, el objetivo de la tecnologa de depsitos de relaves espesadosconsidera que la disposicin de material sea autosoportante, de manera de
minimizar el uso de muros de soporte. Para lograr esto, actualmente se les extrae
al material gran cantidad del agua, de manera de aumentar la resistencia al corte
del relave. Este es el concepto fundamental que hay detrs de la tecnologa de
depsitos de relaves integrales; que luego de extraerle parte importante del agua,
y posteriormente al secarse el material depositado, se produce un aumento en la
densidad. Esta densificacin que ocurre por secamiento producira en definitiva un
aumento de la resistencia al corte del relave.
En el caso de depsitos de relaves espesados, para la extraccin de agua o
espesamiento del relave se utilizan estanques espesadores que retiran parte del
agua, cuidando en que el relave contenga una humedad que le permita ser
bombeado al depsito.
2.2 Definiciones y tipos de relaves integrales
Existen diferentes tipos de relaves integrales, diferenciados entre s principalmente
por el contenido de agua que poseen y por su resistencia al corte. A grandes
rasgos, dependiendo de las propiedades antes mencionadas, los relaves
7/25/2019 Cf Santos Eo
17/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
18/197
8
Los slurrys pueden a su vez ser subdivididos, dependiendo del grado de
espesamiento, en slurrys de baja, media, alta y muy alta densidad.
El trmino pasta se utiliza en general a relaves de muy alta densidad conbaja capacidad de desplazamiento, y por lo mismo, no se segregan en el
proceso de depositacin. Actualmente las pastas son utilizadas como
material de relleno en minas subterrneas. Diseando un sistema de
depositacin apropiado, tambin se pueden utilizar en depsitos de relaves
integrales superficiales.
La transicin entre una pasta y un relave filtrado puede ser definida
subjetivamente como el punto de cambio entre una pasta en estado plstico
y un relave filtrado en estado semislido. Esta transicin tambin denota la
consistencia mxima que puede bombear una bomba de desplazamiento
positivo (PD) convencional. Sin embargo, pueden haber excepciones a
esta regla.
En la figura 2.1 se presenta un resumen esquemtico de la clasificacin anterior.
Se sealan diferencias cualitativas en resistencia al corte y porcentaje de slidos
entre slurrys, pastas y relaves filtrados. Los rangos no son cuantitativos debido a
que stos dependen de la mineraloga y otras variables asociadas al tipo de arena
de relave en anlisis. En esta clasificacin se observa que los relaves en pasta
tambin se caracterizan por no presentar segregacin en el proceso de
depositacin.
7/25/2019 Cf Santos Eo
19/197
9
Figura 2.1: Rangos indicativos de propiedades de concentracin para diferentes propsitos (Jewell,2002)
En general, en los depsitos de relaves integrales de cobre se utilizan slurrys con
porcentajes de slidos de depositacin de 75% (Meggyes, 2000), o
equivalentemente slurrys con humedades de 33%. No obstante, en la prctica,
debido a la ambigedad mostrada anteriormente, a estos relaves tambin se les
denomina pastas.
Por otro lado, en la legislacin Chilena, en el ao de 2007 el Servicio Nacional de
Geologa y Minera (SERNAGEOMIN) emiti el decreto supremo DS248
Reglamento para la Aprobacin de Proyectos de Diseo, Construccin,
Operacin y Cierre de los Depsitos de Relaves, el cual establece una
7/25/2019 Cf Santos Eo
20/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
21/197
11
De acuerdo a la clasificacin indicada en la Tabla 2.1, tanto los relaves espesados
como los filtrados deben considerar un nivel de humedad que les impida fluir
grandes distancias luego de ser depositados. En el caso de los relaves en pasta,
tambin se define un porcentaje mnimo de particulas de tamao menor a 20 m,
adems de la humedad mxima que debe tener el relave luego del proceso de
espesamiento. No obstante, al igual que otras clasificaciones, lo presentado en el
Decreto Supremo DS248 no proporciona una diferenciacin detallada entre los
tipos de relave a travs de valores cuantitativos de parmetros geotcnicos.
En las figuras 2.2 y 2.3, se puede comparar visualmente un relave en estado slurry
de media densidad y un relave integral en pasta, respectivamente. Se observa la
gran diferencia que existe en el contenido de agua que poseen un relave tipo
slurry y un relave tipo pasta.
Figura 2.2: Descarga de Slurry convencional (Csvri et al., 2003)
7/25/2019 Cf Santos Eo
22/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
23/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
24/197
14
Figura 2.4: Depsito de pasta con sistema de depositacin central (Newman, 2003).
Figura 2.5: Depsito de relaves Integrales de alta densidad (Newman, 2003).
La homogeneidad del slurry (como resultado del espesado) y la suave pendiente
de estos depsitos son los que proveen las mayores ventajas de la tecnologa de
relaves integrales sobre los depsitos de relaves convencionales. Durante la vida
activa del depsito y luego de culminada la etapa de cierre, la superficie de los
taludes del depsito drena rpidamente. Uno de los objetivos de este sistema, es
proveer una superficie de depsito suficientemente amplia como para permitir el
secado del relave depositado, y as, en teora, aumentar su resistencia al corte
considerablemente.
7/25/2019 Cf Santos Eo
25/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
26/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
27/197
17
3 COMPORTAMIENTO MONTONO DE ARENAS
3.1 Definiciones preliminares y lnea de estado crtico
Diversas interpretaciones se han dado al concepto de estado ltimo o plasticidadperfecta. En un comienzo, Casagrande (1940) defini el concepto de estado
crtico de un suelo y establece que en condicin drenada este fenmeno ocurre
cuando el ndice de vacos y las tensiones normales y de corte permanecen
constantes ante la aplicacin continua de solicitaciones de corte. En condicin no
drenada, para desarrollarse el estado crtico se requiere que las presiones de
poros y las tensiones efectivas permanezcan constantes a grandes
deformaciones. Seed y Lee (1967), definen el estado crtico para condicin
drenada, como la combinacin de ndice de vacos y presin de confinamiento,
que produce nulas deformaciones volumtricas totales.
Yamamuro y Lade (1998), ejemplifican el concepto de lnea de estado crtico en la
figura 3.1(a), donde se comparan las definiciones dadas por Seed y Lee y por
Casagrande. La figura 3.1 (b), muestra la lnea de estado crtico en el plano e-
log(p). Yamamuro y Lade (1998) hacen referencia a la unicidad de esta lnea
para un suelo particular. Adems, esta lnea separa dos zonas que definen la
tendencia del suelo a dilatar o contraer, dependiendo de la presin de
confinamiento efectivo y del ndice de vacos post consolidacin.
7/25/2019 Cf Santos Eo
28/197
18
Figura 3.1: Diagrama esquemtico que muestra dos definiciones de estado crtico, en estado drenadoy no drenado (Yamamuro & Lade, 1998)
En condicin saturada drenada, si despus de la etapa de consolidacin la
combinacin de presin de confinamiento con ndice de vacos sita al suelo en la
zona contractiva, entonces, luego de la aplicacin de tensiones de corte, el suelo
generar una disminucin del volumen de vacos, con la consecuente expulsin de
agua. En caso contrario, si la combinacin de presin de confinamiento con ndice
de vacos sita al suelo en la zona dilatante, entonces, luego de la aplicacin de
tensiones de corte, el suelo generar un aumento de volumen de vacos,
fenmeno denominado dilatancia.
Por otro lado, las trayectorias de tensiones en condicin no drenada que se
mueven desde la derecha de esta lnea (zona contractiva), generan la tendencia
7/25/2019 Cf Santos Eo
29/197
19
del suelo a disminuir su volumen y por ende, las presiones de poros aumentan y
tienden a separar las partculas (disminucin de las tensiones efectivas). Por otro
lado, si la trayectoria de tensiones se mueve desde la izquierda de la lnea de
estado crtico (zona dilatante), se generan presiones de poros negativas
equivalentes a la tendencia de aumentar el volumen y se genera aumento de las
tensiones efectivas.
Finalmente, Poorooshasb (1989) estableci que la definicin dada por Casagrande
para la lnea de estado crtico coincide con la condicin de estado ltimo, definida
posteriormente por otros autores.
3.2 Estado ltimo, estado de transformacin de fase y Quasi Steady State
Alarcn-Guzmn et al (1998), a partir de los estudios previos realizados por Castro
(1969) y complementando con estudios posteriores realizados por Alarcn-
Guzmn (1986), Been & Jefferies (1985), Ishihara (1985), Lindenberg & Koning
(1981), Mohamad & Dobry (1986), Selig & Chang (1981), Sladen et al (1985) y
Vaid & Chern (1985), seala que el comportamiento no drenado en arenas, bajo la
accin de cargas montonas, queda caracterizado por tres regiones en el
diagrama de estado e-p. Esto se representa esquemticamente en la figura 3.2.Se observa que existe una regin en que el material presenta comportamiento
contractivo, identificado por las trayectorias de tensiones D, E y F. En estas
trayectorias se observa la presencia de una tensin de corte mxima (peak),
alcanzada en bajos niveles de deformacin. Posterior a esta tensin, se produce
una reduccin considerable de la resistencia, hasta alcanzar una estabilizacin,
llamada resistencia ltima o residual (steady state resistance). A su vez, esta
resistencia define una nica lnea en los planos e-p y q-p, llamada lnea de
estado ltimo (steady state line), indicada como F Line en la figura 3.2 (a).
7/25/2019 Cf Santos Eo
30/197
20
Figura 3.2: Comportamiento montono no drenado: (a) e-p; (b) q-p. (Alarcn, 1998)
Adems de la zona de comportamiento contractivo descrita, existe una zona de
transicin, en la cual el suelo presenta una resistencia mnima, para luego dilatar
con la consecuente reduccin de presin de poros y movimiento hacia la derecha
en el plano q-p (Fig. 3.2 (b)). La trayectoria de tensiones C es la que describe
este comportamiento, en el cual, despus de alcanzada la resistencia mnima,
sta se mueve a lo largo de la lnea de estado ltimo. Por ltimo, las trayectoriasA y B muestran el comportamiento en el que ocurre nicamente dilatancia con la
consecuente reduccin de presiones de poros.
7/25/2019 Cf Santos Eo
31/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
32/197
22
comportamiento sea puramente contractivo, la mnima resistencia al corte
alcanzada genera la condicin de estado crtico (Critical Steady State), indicada en
la figura 3.3 (d) y que coincide con la condicin de estado ltimo (Ultimate Steady
State). En el caso en que, luego de alcanzado el estado de menor resistencia al
corte, existe dilatancia, al estado de menor resistencia se le denomina quasi
steady state. Debido al comportamiento dilatante, la condicin de estado ltimo
se desarrolla en una tensin de corte mayor.
Finalmente, en el caso en que existe un grado de dilatancia mayor (Figura 3.3 (c)),
no existe el desarrollo de esta condicin de mnima resistencia al corte. En este
tipo de comportamiento, a la condicin de cambio de concavidad en la trayectoria
de tensiones no drenadas, la cual representa el cambio desde un comportamiento
contractivo a uno dilatante, corresponde a la lnea de transformacin de fase
(phase transformation state), el cual se ejemplifica en la figura 3.3 (b).
7/25/2019 Cf Santos Eo
33/197
23
4 COMPORTAMIENTO CCLICO NO DRENADO DE ARENAS
4.1 Definiciones preliminares
El mecanismo bsico de inicio de la licuacin en arenas se puede observar, segnIshihara (1996), en el ensayo triaxial cclico en laboratorio. Seed y Lee (1966)
fueron los primeros en realizar ensayos en muestras de arenas saturadas,
consolidadas isotrpicamente, y sometidas posteriormente a ciclos de carga y
descarga de amplitud constante y en condicin no drenada. Esto crea un estado
tensional en un plano a 45 de la muestra, que intenta simular el estado tensional
al que es sometido un elemento de suelo en terreno en un evento ssmico.
En la figura 4.1se muestra la representacin del estado tensional en las etapas deconsolidacin isotrpica, carga y descarga.
Figura 4.1: Simulacin de los estados de tensiones geosttico y cclico en una muestra ensayada en eltriaxial cclico. (Ishihara, 1996)
7/25/2019 Cf Santos Eo
34/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
35/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
36/197
26
a) Resistencia no drenada Sus mayor que la resistencia drenada qd:
En esta condicin no es posible la ocurrencia de falla de flujo, pues el
desarrollo de cualquier solicitacin que genere un comportamiento no
drenado, moviliza una resistencia mayor que la estimada en condicin
drenada. No obstante, es posible la ocurrencia de movilidad cclica ante la
aplicacin de una solicitacin cclica no drenada.
b) Resistencia no drenada Sus menor que la resistencia drenada qd y corte
esttico menor que la resistencia no drenada.
En este caso, no es posible la ocurrencia de falla de flujo. Slo es posible la
ocurrencia de grandes deformaciones, si es que la resistencia no drenada es
inferior que la suma del corte esttico con la amplitud del corte cclico, con
posibilidad de ocurrencia de movilidad cclica.
c) Resistencia no drenada Sus menor que la resistencia drenada qd y corte
esttico mayor que la resistencia no drenada.
Bajo estas condiciones es posible la ocurrencia de falla de flujo, ante
solicitaciones que desencadenen comportamiento no drenado.
4.3 Factores que afectan a la resistencia cclica
La resistencia cclica se encuentra afectada por diversos factores, algunos de ellos
asociados a la metodologa del ensayo utilizado para su estimacin y otros
dependientes de las caractersticas geotcnicas del material bajo las condiciones
de carga en que este se encuentra en terreno.
A continuacin se describen estos factores.
4.3.1 Efecto de la presin de confinamiento
Al analizar el efecto que produce el aumento de la presin de confinamiento en la
resistencia cclicase han obtenido resultados diversos, lo que dificulta cuantificar a
priori el grado de influencia que tendr este parmetro en un suelo en particular.
7/25/2019 Cf Santos Eo
37/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
38/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
39/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
40/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
41/197
31
Figura 4.6: Variacin del factor de correccin, K, versus (despus Seed & Harder, 1990)
Por otro lado, Vaid & Chern (1985) establecieron que en arenas densas,
ensayadas en triaxial cclico a presiones de confinamiento de 16 kg/cm
2
, Kdisminua hasta valores menores a la unidad.
Vaid et al (2001) estudiaron el efecto combinado entre el corte esttico inicial y la
presin de confinamiento. En la siguiente figura se presenta una comparacin
entre el valor de Ka una presin de confinamiento de 100 kpa y el valor de K a
una presin de confinamiento de 400 kpa (denominado K).
7/25/2019 Cf Santos Eo
42/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
43/197
33
medianamente denso (densidad relativa entre 40 y 64%). Concluyeron que K
siempre era mayor a la unidad, siendo ms pronunciado el aumento de este
parmetro en suelos sueltos.
Adicionalmente, Corral (2008) realiz ensayos triaxiales cclicos con
consolidaciones anisotrpicas en compresin y extensin en probetas de arena de
relave con densidades relativas de 45 y 75%. Los resultados obtenidos difieren de
los de otros autores, sin embargo coinciden con los obtenidos por Hosono &
Yoshimine.
Figura 4.8: Valores de K versus para arena suelta y densa (Dr~45 & 75%). (Corral, 2008)
4.3.3 Efecto de la densidad relativa
Viertel (2003) present resultados de ensayos triaxiales cclicos sobre arenas de
relave a distintos niveles de densidad relativa y a distintos porcentajes de finos.
Los resultados obtenidos se presentan en la figura 4.9.
7/25/2019 Cf Santos Eo
44/197
34
Figura 4.9: Variacin de la resistencia cclica en 20 ciclos con la densidad relativa y el contenido definos (Viertel, 2003)
En la figura 4.9 est graficada la resistencia cclica, asociada a un aumento de100% de presin de poros en 20 ciclos, en funcin de la densidad relativa inicial
(antes de consolidacin) de la probeta.
Se aprecia que en todas las series de ensayos, independiente del porcentaje de
finos que tengan las probetas, aumenta la resistencia cclica al aumentar la
densidad relativa. En efecto, al igual que Lee y Seed (1967) y Tatsuoka (1982),
Viertel verifica que existe una linealidad entre la densidad relativa y la resistencia
cclica hasta un valor de densidad relativa crtica, que depende del tipo de suelo y
que flucta entre 40% y 90%, dependiendo del contenido de finos no plsticos.
7/25/2019 Cf Santos Eo
45/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
46/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
47/197
37
4.3.5 Mtodo de preparacin de la probeta
Dependiendo del mtodo de preparacin de la probeta, depender tanto la
resistencia cclica, como la resistencia al corte ante solicitaciones montonas.
Mulilis et al (1977) evalu 11 mtodos de preparacin diferentes a partir de
ensayos triaxiales cclicos consolidados isotrpicamente en probetas de arena de
Monterrey N 0, montadas a una densidad relativa igual a 50%. Los resultados se
presentan en la figura 4.12, en donde se observan variaciones en la resistencia
cclica superiores a 100%, tanto para 10 ciclos como para 20 ciclos de carga.
Figura 4.12: Resistencia cclica vs nmero de ciclos en probetas con diferentes mtodos de
preparacin: a) compactacin con vibracin y b) compactacin. (Mulilis et al, 1977)
Posteriormente, Miura & Toki (1982) estudiaron el efecto de la fbrica en laresistencia al corte ante solicitaciones estticas y dinmicas. Estudiaron tres tipos
de preparacin de probetas en varios tipos de arenas; (1) dry tapping, (2) wet
rodding y (3) mtodo MSP. Los primeros dos mtodos corresponden a mtodos
conocidos de preparacin de probetas, mientras que el tercero corresponde a un
7/25/2019 Cf Santos Eo
48/197
38
mtodo especial desarrollado para dicha investigacin. Entre las conclusiones se
verifica que un cambio en la fbrica no genera variaciones en la condicin ltima
de resistencia al corte, lo que justifica la tesis de que en la condicin ltima la
historia no afecta. Se verifica que la resistencia cclica s se ve afectada por la
condicin inicial de depositacin. En la figura 4.13 se presentan los resultados
obtenidos en probetas con igual grado de densidad relativa post consolidacin e
igual presin de confinamiento efectiva.
Figura 4.13: Razn de tensiones cclicas vs nmero de ciclos para producir licuefaccin inicial. Tresmtodos de preparacin de probetas; MSP, Dry Tapping & Wet Rodding (Miura & Toki, 1981)
Por otro lado, Retamal (2005) confirm diferencias en la resistencia cclica de
arenas de relave, al cambiar el mtodo de montaje de las probetas. Obtuvo que
en probetas inalteradas la resistencia cclica es mayor que en probetas
reconstituidas en laboratorio a iguales densidades. No obstante, la resistencia
residual montona no drenada no se vio afectada por este cambio en fbrica
inicial.
7/25/2019 Cf Santos Eo
49/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
50/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
51/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
52/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
53/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
54/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
55/197
45
la mitad de la tensin desviatrica, dependiendo en que parte del ciclo se est
midiendo. Es decir, no se puede reproducir el estado de tensiones con tensin
normal constante al plano de mximo corte cclico.
4.4.3.1.2 Rotacin de tensiones principales
Otra diferencia entre el patrn de carga al que est sometido un elemento de suelo
en terreno con el que sufre una probeta ensayada en un triaxial cclico, es la
rotacin de tensiones principales. Asumiendo una condicin de nivel de terreno,
los planos horizontales y verticales son planos de tensiones principales, tal como
en una probeta montada en la celda triaxial en laboratorio.
Para el elemento de suelo en terreno, como una componente de corte puro es
aadida al plano horizontal (y desarrolla una tensin de corte complementaria en
el plano vertical), la orientacin de los planos de tensiones principales rotan
suavemente a alguna nueva orientacin la cual depende de la tensin aplicada.
Para probetas triaxiales, slo una rotacin de 0 a 90 grados es posible debido a la
naturaleza axial de la carga. En otras palabras, las tensiones principales en un
ensayo triaxial corresponden slo a un cambio abrupto de las tensiones
principales en las componentes horizontal y vertical de la probeta. Esta rotacin
de tensiones principales ocurre durante la transicin entre las etapas de carga y
descarga de una probeta consolidada isotrpicamente.
La tensin principal mayor rota desde la direccin vertical a la direccin horizontal.
Similarmente, en la transicin desde la parte de descarga a la parte de carga del
ciclo, la tensin principal mayor rota desde la direccin horizontal de vuelta a la
direccin vertical.
4.4.3.1.3 Uniformidad de las cargas
La carga que un elemento de suelo recibe en terreno es no-uniforme, tanto en
trminos de amplitud como de frecuencia. Estas variaciones son difciles de
7/25/2019 Cf Santos Eo
56/197
46
modelar en laboratorio. Para superar esta dificultad se utiliza el concepto de carga
uniforme equivalente de Seed y Idriss (1971).
La carga aplicada a la probeta durante un ensayo triaxial cclico es esencialmenteconstante en amplitud y frecuencia, usualmente se utiliza una curva sinusoidal. La
razn de tensiones cclicas aplicada se asume usualmente como un porcentaje
(usualmente 65%) de la aceleracin mxima del sismo de diseo. As, asumiendo
la tensin aplicada (o aceleracin) es algn porcentaje de la tensin peak (o
aceleracin), la carga puede ser convertida de una carga no uniforme que acta
en terreno, a una carga uniforme equivalente de fcil aplicacin en laboratorio.
4.4.3.1.4 Componentes de las cargas
Un sismo solicita tensionalmente a un elemento de suelo en terreno en diversas
direcciones simultneamente. Un ejemplo de carga multidireccional se puede ver
en la figura 4.17, que muestra tres componentes de aceleracin registrados en la
Isla Yerba Buena durante el terremoto de Loma Prieta de 1989. Se muestran dos
componentes horizontales perpendiculares entre s y una componente vertical del
sismo. Sin embargo, un ensayo triaxial cclico slo utiliza una componente de
carga. Esto es anlogo a una componente horizontal del movimiento ssmicoactuando sobre un plano inclinado a 45 dentro de la probeta. Estudios realizados
por Seed & Pyke (1975) muestran que la diferencia entre una solicitacin
multidireccional en terreno y una componente unitaria en laboratorio definen que
en este ltimo se requiera de una carga aproximadamente un 10% mayor que la
requerida para causar la falla en terreno.
7/25/2019 Cf Santos Eo
57/197
47
Figura 4.17: Registro ssmico. Componentes verticales y horizontales. (Seed & Pyke, 1975)
Por otro lado, Ishihara et al (1980), realizaron ensayos de corte simple cclico no
drenados con solicitacin multidireccional, a travs de dos cargas cclicashorizontales ortogonales entre s. Los resultados se compararon con los obtenidos
en ensayos de corte simple cclico con carga unidireccional. Se concluy que la
razn de tensiones cclicas requerida para causar un 5% de deformacin simple
7/25/2019 Cf Santos Eo
58/197
48
obtenida en el ensayo con solicitacin multidireccional (amplitud de la solicitacin
igual en las dos direcciones ortogonales) es en promedio igual a un 70% de la
razn de tensiones cclicas desarrollada en un ensayo de corte simple cclico con
solicitacin uni-direccional.
4.4.3.1.5 Correccin de CRR obtenido del Ensayo Triaxial Cclico
Las diferencias entre las condiciones de tensiones en terreno y las condiciones de
laboratorio hacen que las probetas ensayadas en laboratorio en el equipo triaxial
deba ser corregida. Para aplicar entonces las resistencias cclicas obtenidas en
laboratorio a travs del ensayo triaxial cclico, la resistencia cclica debe ser
corregida previamente. Al factor de correccin utilizado se le denomina Cr ycomnmente, el cual depende de la densidad relativa. En general, se le asigna un
valor igual a 0.57 para suelos con un coeficiente de empuje lateral, Ko, de 0.4 e
igual a 0.9 para suelos con un valor de Ko igual a 1.0 (Seed, 1979).
Con esto, finalmente, la estimacin de la razn de tensiones cclicas resistentes
CRR a travs del ensayo triaxial cclico, viene dada por:
rc CRCRR (4.7)
Donde:
:r
C Factor de correccin por triaxial cclico
:cR Resistencia cclica obtenida del ensayo triaxial cclico.
4.4.3.2 Ensayo SPT
En la figura 4.18,se presentan las curvas de correlacin entre CRR y (N1)60,
siendo este ltimo parmetro el nmero de golpes del ensayo SPT normalizado a
una presin de confinamiento efectiva de 1 kg/cm2, utilizando un martillo con una
eficiencia de 60%.
7/25/2019 Cf Santos Eo
59/197
49
Figura 4.18: SPT para arenas limpias y con porcentajes de finos. CRR estimado para sismos demagnitudes Richter iguales a 7.5 (Seed et al, 1985)
Los resultados presentados en Figura 4.18 son vlidos para sismos de magnitud
7.5 escala Richter. Para otras magnitudes, se debe considerar una correccin por
magnitud de sismo, la cual se detalla en el punto 4.4.3.4. Las curvas presentadasfueron estimadas para materiales granulares con porcentajes de finos entre 0 y
35%. Por otra parte, para un contenido de finos nulo, A. F. Rouch, de la
Universidad de Texas (Youd et al, 2001), parametriz la curva indicada en la figura
4.19,mediante la siguiente correlacin:
2001
45)(10
50
135
)(
)(34
12
601
601
601
5,7
N
N
NCRR
(4.8)
La ecuacin 4.8 es vlida para (N1)60 < 30, entendindose tambin que para
valores mayores a 30, se considera que el suelo no lica por su alto nivel de
compacidad.
7/25/2019 Cf Santos Eo
60/197
50
Finalmente, para determinar el valor normalizado de (N1)60, se deben considerar
factores de correccin asociados a lo siguiente:
CN: Factor de correccin que normaliza la presin de confinamiento a 1 kg/cm2
CE: Factor de correccin asociado a la energa del martillo (hammer energy ratio)
CB: Factor de correccin por dimetro del sondaje (borehole diameter)
CR: Factor de correccin asociado al largo de la barra (rod length)
CS: Factor de correccin asociado al tipo de muestreo (with or without liners)
De estos factores de correccin, se estima el valor normalizado (N1)60, a partir de
la medicin de penetracin estndar Nm, de la siguiente forma:
mSRBEN NCCCCCN 601)( (4.9)
Para la estimacin del parmetro de correccin por confinamiento CN, Seed &
Idriss (1971) recomiendan utilizar:
7.1
2.1
2.2,
N
vo
N
C
Pa
C
(4.10)
Para el resto de los factores de correccin, Robertson & Wride (1998) realizaron
una recopilacin a partir de investigaciones realizadas por Skempton y otros
autores la cual se presenta en la tabla 4.1:
Tabla 4.1: Algunos factores de correccin para el ensayo SPT (Modificado por Skempton, 1986) yenlistado por Robertson & Wride (1998)
Factor Equipment variable Term Correction
Energy Ratio Donut Hammer CE 0.51.0
Energy Ratio Safety Hammer CE 0.71.2
Energy RatioAutomatic-trip Donut-
type hammer CE 0.81.3
7/25/2019 Cf Santos Eo
61/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
62/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
63/197
53
Por otro lado, para obtener la resistencia de cono normalizada y llevada a arena
limpia, se utiliza el siguiente procedimiento:
(qc1N)cs=Kc (qc1N) (4.12)
Donde:
Kc : Factor de correccin por contenido de finos.
(qc1N) : Resistencia obtenida del ensayo CPT, normalizada a 1 kg/cm2 de
presin de confinamiento.
El parmetro Kc se estima a partir del parmetro Ic, el cual se determina a partir
de los parmetros de ensayo; Q y F. El procedimiento de clculo de estos
parmetros se resume a continuacin. El detalle de este clculo y sus hiptesis se
pueden encontrar en el documento: Liquefaction Resistance of Soils: Summary
Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of
Liquefaction Resistance of Soils (Youd et al, 2001).
%100
)(
)log22.1()log47.3(
,
5.022
xq
fF
PaPa
FQI
voc
s
n
vo
voc
c
(4.13)
Finalmente, Kcse obtiene de la siguiente forma:
Para Ic 0.1;64.1 cK y para Ic> 1.64;
Kc 88.1775.3363.21581.5403.0 234
cccc IIII (4.14)
Dentro del listado de ecuaciones descrito, se enumeran a continuacin los
parmetros involucrados en estas ecuaciones:
qc : Resistencia de cono, obtenida del ensayo CPT
7/25/2019 Cf Santos Eo
64/197
54
vo : Tensin vertical
,
vo : Tensin vertical efectiva
Pa : 1 pascalN : Factor exponencial, variable entre 0.5 y 1.0, dependiendo de la
naturaleza del suelo analizado (Olsen, 1997)
fs : Resistencia de fuste, obtenida del ensayo CPT
4.4.3.4 Correccin por magnitud de sismo
Tal como se indic en los subcaptulos 4.4.3.2 y 4.4.3.3, las curvas de correlacin
de resistencia a la licuefaccin CRR, han sido generadas para sismos demagnitud 7.5. Por esto, si el objetivo es calcular CRR a partir de correlaciones de
ensayos SPT o CPT, para sismos de magnitudes distintas a este valor, se debe
incluir un factor de correccin por magnitud de sismo.
Seed & Idriss (1982) definieron el factor MSF. Youd & Noble (1997) reprodujeron
investigaciones realizadas por Seed & Idriss (1982), Ambraseys (1985), Arango
(1996), Andrus & Stokoe (Youd et al, 2001) incorporaron un anlisis probabilstico
de las bases de datos histricas de sitios en donde se report y no se report laexistencia de licuefaccin post-sismo.
En la figura 4.20, se presenta un resumen de las investigaciones mencionadas.
7/25/2019 Cf Santos Eo
65/197
55
Figura 4.20: Factor de correccin por magnitud de sismo, varios autores. (Varios Autores, 2001)
Numerosos autores participantes de los Workshop NCEER 1996 y NCEER/NSF
1998, del cual procede este resumen, proponen el rea achurada de evaluacin
del factor MSF indicado en la figura 4.20 y a travs de sta, proponen la siguiente
frmula de estimacin:
56.2
24.210
wMMSF
(4.15)
Donde:
Mw : Corresponde a la magnitud del sismo
Los valores de correccin obtenidos por esta frmula tienden a ser mayores a los
factores propuestos originalmente por Seed & Idriss para sismos de magnitud
inferior a 7.5 e inferiores a stos en sismos de magnitudes mayores a 7.5.
7/25/2019 Cf Santos Eo
66/197
56
5 ENSAYOS DE LABORATORIO
5.1 Metodologa de extraccin de muestras de terreno
Las muestras ensayadas en este estudio corresponden a arenas de relavesintegral, extradas de las canaletas previas a los ciclones, del Tranque de Relaves
Ovejera. Este tranque de relaves se encuentra ubicado en la comuna de Colina,
Regin Metropolitana.
Informacin entregada por el personal en el tranque Ovejera, indica que el
porcentaje de slidos del relave corresponda, al momento de la toma de
muestras, aproximadamente a 50%. La extraccin de las muestras se realiz
utilizando cubetas de 25 litros, las que sirvieron para llenar tres bidones de 200litros de capacidad, los que se trasladaron al laboratorio.
A continuacin se presenta una fotografa del procedimiento de extraccin del
material, presentado por Cifuentes y Verdugo (2007), quines en su estudio
extrajeron las muestras del mismo sitio y con el mismo procedimiento utilizado en
este estudio.
Figura 5.1: Procedimiento de extraccin de las muestras en terreno. (Cifuentes & Verdugo, 2007)
5.2 Programa de laboratorio
Se realizaron ensayos de caracterizacin preliminar en la arena de relave integral.
Esta caracterizacin incluye los siguientes ensayos:
7/25/2019 Cf Santos Eo
67/197
57
Ensayos de clasificacin completa: granulometra integral (distribucin
granulomtrica hasta tamaos inferiores a 0.001 mm), lmites de Atterberg,
peso especfico y clasificacin segn USCS.
Ensayos de evaluacin del grado de compactacin: Incluye ensayos Proctor
estndar, Proctor modificado y densidades mxima y mnima mediante el
mtodo japons (JSSMFE).
Ensayos de determinacin del lmite de contraccin y de evaluacin de la
evolucin de la densidad seca con la disminucin de la humedad
(secamiento del relave).
A continuacin se presenta un resumen con el mtodo y el total de los ensayos de
caracterizacin mencionados.
Tabla 5.1: Ensayos de caracterizacin inicial
Ensayo Mtodo Total
Granulometra (hasta 0.001 mm.) Difraccin lser (1) 9
Lmites de Atterberg ASTM D4318-05 1
Peso especfico ASTM D894-06 2
Lmite de contraccin ASTM D427-93 4
Proctor estndar ASTM D698-00 1
Proctor modificado ASTM D1557-02 1
Densidad mxima Mtodo japons (JSSMFE) 1
Densidad mnima Mtodo japons (JSSMFE) 1
Densidad seca vs humedad Especial(2) 1
Notas:(1) Equipo especial que permite obtener la granulometra de un suelo, a travs de la difraccin de rayos lser en una muestra
sumergida en una solucin de agua. Este equipo pertenece al Departamento de Geologa, de la Facultad de Ingeniera de laUniversidad de Chile.
(2) Mtodo especial elaborado en este estudio para evaluar el aumento de la densidad seca debido al secamiento de muestra(complementario al ensayo de lmite de contraccin).
7/25/2019 Cf Santos Eo
68/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
69/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
70/197
60
Los componentes bsicos del equipo son los siguientes:
Marco metlico de reaccin vertical con una capacidad mxima de 5 ton.
Prensa triaxial con lector digital de deformacin vertical, carga vertical y
presin de poros. Cuenta con un plato de apoyo, con movimiento
ascendente, utilizado para la ejecucin de ensayos a deformacin
controlada.
Celda de carga de medicin de carga vertical, con una capacidad mxima
de 1 ton.
Panel de aplicacin de presin de cmara, con una capacidad mxima de 7
kg/cm2.
Sensor de presin de poros, con una capacidad de medicin mxima de 10
kg/cm2.
Debido a sus limitantes en capacidad de carga vertical, presin de cmara y
presin de poros, este equipo permite, en el caso de probetas cilndricas de
dimensiones 5 x 10 cm, ensayar hasta presiones de cmara efectivas de 6 kg/cm2.
5.3.2 Equipo triaxial montono para altas presiones de confinamiento
Para poder completar el programa de ensayos triaxiales con presiones de cmara
efectiva superiores a 5 kg/cm2, se utiliz el equipo del rea de Geotecnia de
IDIEM. Las caractersticas de este equipo permiten ejecutar ensayos triaxiales
montonos hasta presiones de confinamiento efectivo de 40 kg/cm2. Algunas de
sus caractersticas se presentan a continuacin:
Marco metlico de reaccin vertical con una capacidad mxima de 10 ton.
Prensa triaxial con anillos de medicin de carga vertical, diales de medicin
de la deformacin vertical y sensores de medicin de la presin de poros.
7/25/2019 Cf Santos Eo
71/197
61
Cuenta con un plato de apoyo, con movimiento ascendente, utilizado para
la ejecucin de ensayos a deformacin controlada.
Anillo de carga para la medicin de la carga vertical, con una capacidadmxima de 1 ton.
Panel de aplicacin de presin de cmara, con una capacidad mxima de
45 kg/cm2.
Sensor de presin de poros, con una capacidad de medicin mxima de 50
kg/cm2.
La principal diferencia entre el equipo de bajas presiones con el equipo de altas
presiones de IDIEM, es que este ltimo presenta una mayor capacidad de
aplicacin de presin de cmara, junto a un mayor rango de medicin de presin
de poros.
Tambin fue necesario realizar modificaciones en la cmara triaxial en donde se
montan las probetas en ensayos de baja presin. Las paredes de acrlico de las
cmaras triaxiales convencionales poseen una resistencia de diseo de 17 kg/cm2.
Es por esto que para los ensayos triaxiales a altas presiones, sta se reemplaz
por una cmara cilndrica de acero inoxidable de alta resistencia. Adems, para
evitar el estrangulamiento de la manguera plstica que conecta el cap superior de
la cmara triaxial con la salida hacia el sensor de presin de poros, sta se
reemplaz por un serpentn helicoidal de cobre, cuya geometra le da flexibilidad,
impidiendo aportes en rigidez al sistema.
A continuacin se presenta parte de la configuracin de este equipo:
7/25/2019 Cf Santos Eo
72/197
62
Figura 5.2: Disposicin del equipo triaxial montono CIU de altas presiones (IDIEM)
5.3.3 Equipo triaxial cclico para bajas presiones de confinamiento
Los ensayos triaxiales cclicos CIU, con presiones de confinamiento efectivas
menores e iguales a 5 kg/cm2, se ensayaron en el equipo descrito detalladamente
por Pino (1999), Mora (2001), Snchez (2002), Daz (2002) y Retamal (2005).
A continuacin se presenta una figura esquemtica en la que Retamal (2005) y
Corral (2008) muestran este equipo.
Panel deaplicacinde presin
de cmaraReguladorde presin
Serpentn deconexin capsuperior - sensorde presin deporos.
7/25/2019 Cf Santos Eo
73/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
74/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
75/197
65
Figura 5.4: Equipo triaxial cclico de altas presiones de confinamiento (IDIEM)
Cmaratriaxial
Estanque deCO2, para lageneracinde presinde cmara
Sensor dePresin de
Poros
Manivelapara la
aplicacin dela cargacclica
7/25/2019 Cf Santos Eo
76/197
66
5.4 Metodologa de ensayos
5.4.1 Ensayos de caracterizacin bsica
Los ensayos de caracterizacin se realizaron de acuerdo a los mtodos indicadosen la tabla 5.1. Estos mtodos se basan en las normativas vigentes, por lo cual no
se detallan en este captulo.
5.4.2 Ensayo de relacin densidad-humedad
Debido a que la literatura seala que una de las razones de la estabilidad ssmica
de los relaves espesados se debe al aumento de la densidad con el secamiento,
se opt por realizar un ensayo para determinar la variacin de la densidad seca
durante el proceso de prdida de humedad del relave espesado.
Para la realizacin de este ensayo se utiliz el mismo equipamiento y parte del
procedimiento que se utiliza para el ensayo de determinacin del lmite de
contraccin (ASTM D427-93).De acuerdo a este procedimiento se tienen cpsulas
de aluminio de volumen interior conocido en donde se deposita el material a una
humedad cercana al lmite lquido. Luego de esto se espera a que la muestra se
encuentre en estado slido, se saca de la cpsula, se pesa y se sumerge en un
recipiente de mercurio lquido para la determinacin de su volumen mediante
rebalse.
En la figura 5.5, se presenta una figura general con los distintos componentes del
procedimiento para la evaluacin del lmite de contraccin.
7/25/2019 Cf Santos Eo
77/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
78/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
79/197
69
Figura 5.6: Disposicin del relave en la caja de secado. (Cifuentes & Verdugo, 2007)
Figura 5.7: Detalle caja de secado. Muestra en proceso de secado (2 semanas)
La muestra se dej secar a temperatura ambiente hasta que se observ que la
solidificacin era evidente. Despus de esto se procedi a dividir la muestra en
7/25/2019 Cf Santos Eo
80/197
70
bloques de dimensiones que permitieran obtener, mediante tallado, dos o tres
probetas cilndricas de 5 cm x 10 cm por bloque. Los bloques se recubrieron con
papel alusa y se guardaron en una cmara hmeda, de tal manera que todas las
probetas se tallaran y montaran a niveles de humedad similar. Ensayos de
humedad indicaron que los bloques posean una humedad remanente promedio
de 4%.
A continuacin se presenta una figura que muestra los bloques extrados y
posteriormente almacenados:
Figura 5.8: Bloques para tallado de probetas para ensayos triaxiales
De estos bloques se tallaron probetas cilndricas de 5 cm de dimetro y 10 cm de
altura. Mediante pie de metro se evaluaron las dimensiones y se calcul el ndice
de vacos de las probetas, para luego ser montadas y re-saturadas en los equipos
triaxiales.
Para la estimacin del ndice de vacos se realizaron mediciones del dimetro de
la probeta en tres alturas distintas. A su vez, en cada altura se midieron tres
7/25/2019 Cf Santos Eo
81/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
82/197
72
Figura 5.9: Equipamiento auxiliar para la depositacin del relave slurry
Estas piezas se instalan sobre la base de la celda triaxial, tal como lo muestra la
figura 5.10.
Cap Inferiorcelda triaxial
Embudo paradepositacin dela muestra
Molde debronce
Cilindro dispuestopor un acrlico
rectangular
7/25/2019 Cf Santos Eo
83/197
73
Figura 5.10: Montaje de equipamiento auxiliar para la depositacin del relave slurry
Como se puede observar en esta figura, la secuencia de instalacin de las piezas
sobre la base de la celda triaxial es la siguiente:
Instalacin de una membrana de ltex, sujeta al cap inferior de la celda
mediante un oring.
Instalacin del molde cilndrico. Se sujetan sus paredes mediante una
abrazadera.
Disposicin de la mica cilndrica entre el molde y la membrana.
Se dobla hacia fuera del molde la porcin de membrana que sobresale.
Esta configuracin genera el volumen cilndrico en el cual se deposita el relave
mediante el embudo indicado en la figura 5.9. Cabe sealar que tanto el molde
como el acrlico cilndrico requieren de dos orificios, que son conectados a un
compresor que genera una presin de succin de 0.1 kg/cm2. Esta succin
permite que la membrana de ltex quede adherida a las paredes interiores del
7/25/2019 Cf Santos Eo
84/197
74
molde, generando el volumen cilndrico necesario para la fabricacin de la
probeta.
En esta etapa se deposita el relave en la celda, cuidando de que la depositacinsea lenta, para evitar la densificacin de la probeta. Luego de esto se realiza lo
siguiente:
Se conecta el cap superior a la probeta. Para esto, se sita el cap en la
parte superior del molde, se desenrolla la membrana del molde y se
envuelve con cuidado el cap con sta.
Se instala un oring, para sujetar la parte superior de la membrana al capsuperior.
En la figura 5.11 se presenta el sistema de vaco conectado al molde y al cap
superior ya dispuesto en la parte superior de la probeta, a la espera de la
instalacin del oring.
La figura 5.11 muestra adems, que el sistema de vaco tambin est conectado
mediante dos mangueras a las vlvulas de entrada de los cap superior e inferior
de la probeta. Esto genera una succin de 0.1 kg/cm2dentro de la probeta, la cual
ayuda a que la probeta no se deforme al momento de retirar el molde. Estas
mangueras se mantienen conectadas a las vlvulas de conexin de los caps
durante unos segundos. Luego las vlvulas se cierran, manteniendo la presin
negativa en la probeta y se desconecta el sistema de vaco.
7/25/2019 Cf Santos Eo
85/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
86/197
76
Figura 5.12: Probeta montada. Acrlico cilndrico ayuda a mantener vertical la probeta
Posterior al llenado de la cmara triaxial, se aplica una presin de cmara de 0.1
kg/cm2 y se abren las vlvulas de conexin a los caps, liberndose la presin
negativa de succin de 0.1 kg/cm2. El sistema ya es estable, por lo que se debe
esperar a que el acrlico se separe por s solo de la probeta. En la prctica estoocurre en pocos minutos, debido a que la forma original de la mica es rectangular.
Al despegarse las caras, debido a la humectacin de la cinta de pegado que las
une, la mica se desprende, quedando flotando dentro de la cmara (Figura 5.13).
7/25/2019 Cf Santos Eo
87/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
88/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
89/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
90/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
91/197
81
Tabla 6.1: Resumen propiedades ndice
Ensayo Unidad Valor
Lmite lquido [%] 18
Lmite plstico [%] No plstico
Lmite de contraccin [%] 12
Peso especfico N/A 2.78
Clasificacin USCS N/A ML
Proctor estndarD.M.C.S.
W opt
[T/m3] 1.949
[%] 10.8
Proctor modificadoD.M.C.S.
W opt
[T/m3] 2.107
[%] 9.7
Densidad mxima
mtodo japonsmx
[T/m3] 1.619
[T/m3] 1.619
Densidad mnima
mtodo japonsmn
[T/m3] 1.129
[T/m3] 1.129
De los resultados de los ensayos Proctor y de densidad mxima y mnima, se
observa que el ensayo Proctor modificado entrega una densidad seca mayor quela densidad mxima seca obtenida mediante el mtodo japons. Se presentan los
resultados de ambos ensayos debido a las recomendaciones hechas por Verdugo
et al (1995), quienes concluyen que en arenas de relaves, dadas las
caractersticas no plsticas de los finos, no corresponde aplicar directamente el
criterio establecido para suelos naturales. Esto es que con menos de 12% finos se
debe usar el ensayo de densidad mxima y mnima, y sobre 12% el ensayo
proctor (estndar o modificado).
A continuacin, en el subcaptulo 6.2, se estudia el proceso de densificacin del
material debido a secamiento, adems de presentar resultados de ensayos de
consolidacin isotrpica en probetas slurry y en probetas secas y re-saturadas.
7/25/2019 Cf Santos Eo
92/197
82
6.2 Efecto del secamiento y de la consolidacin en el grado dedensificacin
En la figura 6.3 se muestra graficada la evolucin de la densidad del material
durante el proceso de secamiento hasta el lmite de contraccin obtenido, de
acuerdo al procedimiento descrito en 5.3.
La concavidad de la curva de secado en la figura 6.3, muestra que la densificacin
del relave comienza inmediatamente despus que la muestra se deposita con
humedad slurry y que avanza progresivamente hasta una densidad mxima de
contraccin de 1.82 [t/m3] (e=0.527), la cual se obtiene a un 12% de humedad, tal
como se indica en la tabla 6.1. Esta densidad equivale a un 93% y un 86% de la
D.M.C.S. obtenida de los ensayos Proctor estndar y modificado,
respectivamente. Esto corresponde a un grado de compactacin medio, e indica
que el secamiento, a pesar de la nula plasticidad de los finos del relave, produce
un efecto de densificacin, pero que no sera suficiente como para justificar que
ssmicamente el relave es estable.
7/25/2019 Cf Santos Eo
93/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
94/197
84
Por otro lado, para evaluar si la densificacin por secamiento es comparable a la
densificacin por consolidacin, se realizaron dos ensayos de consolidacin
isotrpica en celda triaxial. El primero de ellos se realiz a una probeta depositada
a humedad slurry y el segundo a una muestra seca y re-saturada. La
comparacin de los resultados de ambos ensayos se presenta a continuacin:
Figura 6.5: Consolidacin isotrpica muestras slurry y seca re-saturada
Se observa que a pesar de la gran diferencia inicial entre los ndices de vacos,
estos se igualan considerablemente a partir de una presin de confinamiento igual
a 1 kg/cm2. Esto significa que la presin de pre-consolidacin por secamiento es
menor o igual a 1 kg/cm2. Este nivel de pre-consolidacin se supera en menos de
6 metros de depsito, por lo que, de existir las condiciones de drenaje adecuadas
para que se produzca el proceso de consolidacin del relave en terreno, la
condicin de secado previo no sera fundamental para producir un aumento en la
densidad del depsito.
7/25/2019 Cf Santos Eo
95/197
85
6.3 Ensayo de resistencia esttica no drenada
A continuacin se presentan los resultados de ensayos triaxiales montonos CIU
ejecutados sobre muestras secas y re-saturadas hasta presiones de cmara de 30
kg/cm2. Se presentan dos ensayos por cada presin de cmara, para verificar la
repetitividad en los resultados.
Figura 6.6: Curvas tensin-deformacin de muestras secas re-saturadas
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25
Deformacin Unitaria [%]
TensinDesviatoriaq=('1-'3)/
2[kg/cm
2]
o = 3.0 MPa
o = 2.0 MPa
o = 1.0 MPa
o = 0.5 MPa
o = 0.3 MPa
o = 0.1 MPa
Seca y re-saturada
7/25/2019 Cf Santos Eo
96/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
97/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
98/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
99/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
100/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
101/197
91
Estos resultados confirman los resultados presentados en subcaptulo 6.1. De
acuerdo a estos resultados, es posible concluir que el secado del relave no
aumenta la resistencia al corte no drenada del relave. Esto debido principalmente
a que la densificacin se produce principalmente por consolidacin.
6.4 Granulometras post ensayos triaxiales CIU
Para estudiar el nivel de rotura de partculas por efecto de la alta presin de
cmara utilizada en los ensayos triaxiales, se realizaron granulometras despus
de finalizados los ensayos triaxiales montonos CIU. A continuacin se comparan
estas granulometras con una granulometra realizada antes de la ejecucin de
estos ensayos.
Figura 6.15: Granulometras post-ensayos triaxiales montonos. Comparacin con granulometrainicial de la muestra
Se observa slo una leve diferencia entre las granulometras pre y post ensayo.
Esto es concordante con los parmetros de resistencia al corte, que no se ven
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00 0,00 0,01 0,10 1,00 10,00
Dimetro [mm]
Porcen
tajequepasa[
%]
Pre Ensayes
Post CIU Pc= 1 [kg/cm2]
Post CIU Pc= 3 [kg/cm2]
Post CIU Pc= 5 [kg/cm2]
Post CIU Pc= 10 [kg/cm2]
Post CIU Pc= 20 [kg/cm2]
Post CIU Pc= 30 [kg/cm2]
7/25/2019 Cf Santos Eo
102/197
92
afectados por la presin de confinamiento e indica que en las muestras el
fenmeno de rotura de partculas es menor, al menos hasta las presiones de
confinamiento utilizadas.
6.5 Resistencia cclica
A continuacin se presentan los resultados de los ensayos realizados sobre las
muestras de suelos secas y re-saturadas en celdas triaxiales. Se presentan tres
grficos, indicando la razn de tensiones cclicas necesarias para generar 100%
de presin de poros (PP), 5% de deformacin doble amplitud (5% DA) y 10% de
deformacin doble amplitud (10%DA).
Figura 6.16: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 100% de presin de poros.Muestras secas y re-saturadas
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 10 100
Nmero de ciclos para 100% de PP
Raz
n
de
Tensiones
Cclicas
1 Kg/cm25 Kg/cm2
20 kg/cm2
30 Kg/cm2
Seca y re-saturada
7/25/2019 Cf Santos Eo
103/197
93
Figura 6.17: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 5%de deformacin DA.Muestras secas y re-saturadas
Figura 6.18: Razn de tensiones cclicas v/s nmero de ciclos para alcanzar 10% de deformacin DA.Muestras secas y re-saturadas
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 10 100
Nmero de ciclos para = 5% DA
Raz
nde
Tens
iones
Cclicas
1 Kg/cm2
5 Kg/cm2
20 Kg/cm2
30 Kg/cm2
Seca y re-saturada
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 10 100
Nmero de ciclos para =10% DA
Raz
n
de
Tens
iones
Cclicas
1 Kg/cm2
5 Kg/cm2
20 Kg/cm2
30 Kg/cm2
Seca y re-saturada
7/25/2019 Cf Santos Eo
104/197
94
Se observa que el relave integral a la densidad resultante presenta una baja
resistencia cclica, asociado principalmente al alto contenido de finos (55%). En
efecto, en la siguiente figura se superpone la resistencia cclica a una presin de
cmara efectiva de 1 [kg/cm2], con los resultados obtenidos por Viertel (2003) en
arenas de relaves a distintos porcentajes de finos. La resistencia cclica se evalu
con un nmero de ciclos N = 20.
Viertel (2003) determin que existe una disminucin en la resistencia cclica con el
aumento en el porcentaje de finos no plsticos en arenas de relaves. La baja
resistencia cclica de la muestra de arena integral con 55% de finos, ensayada en
este trabajo, es concordante con estos resultados.
Figura 6.19: Resistencia cclica a los 20 ciclos, para
c= 1 kg/cm2. Comparacin con los resultados deViertel a distintos porcentajes de finos
Viertel, 2003
Este Estudio
7/25/2019 Cf Santos Eo
105/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
106/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
107/197
97
Figura 6.21: Parmetro K
de este estudio comparado con el registrado en arenas naturales y enarenas de relaves (modificado por Vaid et al, 2001)
7/25/2019 Cf Santos Eo
108/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
109/197
99
Figura 6.23: Resistencia cclica en muestras secas re-saturadas. Resultados de triaxiales cclicosanisotrpicos con
3= 1.0 kg/cm2y Kc=1.0, 1.5 y 2.0
El parmetro de anisotropa Kc, indicado en la figura, se define como:
3
1
cK (6.3)
Este parmetro se relaciona con otros parmetros anisotrpicos de la siguiente
manera:
3
3
1
2
1
2
cestestK
q ; Corte esttico (6.4)
3
3
1
2
1
2
cnoK
; Tensin normal anisotrpica (6.5)
no
est
;Razn de anisotropa (plano -) (6.6)
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 10 100
Nmero de ciclos para = 5% DA
Raz
nde
Tens
iones
Cclicas
Kc=1,0
Kc=1,5
Kc=2,0
Seca y re-saturada
3= 1,0 kg/cm2
7/25/2019 Cf Santos Eo
110/197
100
Se presenta a continuacin, a travs del parmetro K, el efecto de la anisotropa
de cargas en la resistencia cclica, en muestras secas y re-saturadas de relave
integral. Para su evaluacin se utiliz un nmero de ciclos N = 20.
Figura 6.24: K
(N=20 &
=5% DA) vs
. Muestras secas re-saturadas. Resultados de triaxiales cclicosanisotrpicos con
3= 1.0 kg/cm2
Estos resultados son comparados con los obtenidos por Corral (2008) en probetas
remoldeadas de arenas de relaves.
0
0,5
1
1,5
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 est/o
K
=CRR
q/CRR
q=
0
Seca y re-saturada
7/25/2019 Cf Santos Eo
111/197
7/25/2019 Cf Santos Eo
112/197
7/25/2019 Cf Santos Eo