Caracterización del Material de Desmonte de Mina con fines de Diseño en Ingeniería Geotécnica. Orlando Huaña Gonzales SVS INGENIEROS SA

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Arturo Roberto García Calderón
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1 Caracterización del Material de Desmonte de Mina con fines de Diseño en Ingeniería Geotécnica Orlando Huaña Gonzales SVS INGENIEROS SA

2 CONTENIDO 1. Generalidades 2. Ensayos de densidad in situ (Reemplazo con agua) 3. Ensayos de clasificación del desmonte de mina 4. Metodología de curvas homotéticas 5. Propiedades de resistencia en el desmonte de mina 6. Propiedades dinámicas en el desmonte de mina 7. Conclusiones

3 1. Generalidades

4 Generalidades Caracterización geotécnica del desmonte de mina con el objetivo de diseñar el depósito de desmontes Definir los parámetros de diseño del depósito de desmonte para condiciones estáticas y dinámicas Método de curvas paralelas u homotéticas (Marachi, 1972; Varadarajan et al, 2003; Verdugo et al, 2006) y consiste en generar muestras equivalentes de menor tamaño con curvas granulométricas paralelas a la original Propiedades dinámicas, el material fue sometido a un ensayo de columna resonante y corte torsional (RCTS) el cual fue realizado en la Universidad de Texas USA

5 2. Ensayos de densidad in situ (Reemplazo con agua)

6 1. Ensayos de densidad in situ (Reemplazo con agua) Durante el desarrollo de este trabajo, se realizaron ensayos de densidad insitu por el método del reemplazo con agua siguiendo la norma D5030-ASTM. Los ensayos fueron realizados sobre el cuerpo del depósito de desmonte de mina. Calicata Densidad Seca (gr/cm 3 ) Humedad (%) D D D D D

7 3. Ensayos de clasificación del desmonte de mina

8 Ensayos de clasificación SUCS según la norma ASTM D-2487 sobre el material de desmonte con partículas menores a 3 de diámetro. Ensayos de granulometría global, lo cual permitió conocer el amplio rango de partículas del material en análisis. Sondeo C D D D C C C Promedio 24.7 G A F Ensayos de clasificación del desmonte de mina Calicata G A F SUCS* MD GP-GM D-1/M GP-GC D-2/M GW-GM D-2/M GM D-2/M GW-GM D-2/M GP-GM D-2/M GP-GM D-2/M GP-GM D-2/M GP-GM D-3/M GP-GM D-3/M GW-GM D-3/M GP-GM D-3/M GP-GM D-3/M GW-GM D-3/M GP-GM D2/D GP-GM D-4/M GW D-5/M GP-GC C GM C GW-GM C GP-GM TX CD SP-SM RCTS SP-SM Nota: C: (%) porcentaje de cantos (3 < f < 12 ) G: (%) porcentaje de gravas (N 4 < f < 3 ) A: (%) porcentaje de arena (N 200 < f < N 4) F: (%) porcentaje de finos (f < N 200)

9 4. Metodología de curvas homotéticas

10 3. Metodología de curvas homotéticas La caracterización de suelos gruesos es habitual encontrarse con la dificultad de realizar ensayos triaxiales a gran escala En la actualidad se dispone de metodologías que permiten evaluar el comportamiento geomecánico de suelos gruesos por medio de muestras escaladas. La metodología con mayor aceptación en la actualidad es el Método de curvas paralelas u homotéticas (Marachi, 1972; Varadarajan et al, 2003; Verdugo et al, 2006) y consiste en generar muestras equivalentes de menor tamaño con curvas granulométricas paralelas a la original.

11 Metodología de curvas homotéticas - Consideraciones En años más recientes, los trabajos de: De la Hoz, 2007; Dorador, 2010 y Besio, 2012 han verificado la efectividad del método estableciendo que el método de curvas homotéticas Las muestras escaladas no presentan contenido de finos superior al 10% Homotecia perfecta Forma de las partículas en las granulometrías escaladas (De la Hoz, 2007) El efecto del escalamiento en la dureza de las partículas (Dorador, 2010). La estimación de la resistencia al corte de suelos granulares gruesos ya que puede replicar la resistencia máxima alcanzada en los ensayos triaxiales (Besio, 2012)

12 Ensayo triaxial consolidado drenado (CD) en probeta de 6, el tamaño máximo de la muestra a ensayar es de 1 Ensayo RCTS (resonant column torsional shear) el tamaño máximo debe ser de ½. Metodología de curvas homotéticas Generadas

13 5. Propiedades de resistencia en el desmonte de mina

14 Propiedades de resistencia en el desmonte de mina Para obtener las propiedades de resistencia en el desmonte de mina se realizó un ensayo triaxial del tipo consolidado drenado (CD) en probeta de 6 para lo cual se ensayó una muestra homotética a la granulometría global del desmonte con tamaño máximo 1 Para complementar el ensayo, se realizaron ciclos de descargarecarga a 1.5, 4 y 10% de deformación axial con el objetivo de estimar el módulo de resistencia en descarga-recarga (E ur ).

15 Curva Trayectoria esfuerzo-deformación esfuerzos Propiedades de resistencia en el desmonte de mina

16 6. Propiedades dinámicas en el desmonte de mina

17 5. Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Para la obtención de propiedades dinámicas en el desmonte de mina se realizó la prueba de columna resonante y corte torsional (RCTS) la cual fue realizada en el laboratorio geotécnico de la Universidad de Texas USA. Este ensayo permite obtener parámetros dinámicos del desmonte de mina con lo cual se puede predecir el comportamiento sísmico del material mediante la estimación de sus propiedades dinámicos: Módulo de rigidez (módulo de corte en el rango elástico): G Razón de amortiguamiento para un amplio rango de deformaciones: D Estos valores son una función del nivel de deformación al que es sometido el material de desmonte.

18 Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Modulo de corte a baja deformación (Gmax) vs presión isotrópica de confinamiento (σ o ) Velocidad d ondas S (Vs) vs Presión isotrópica de confinamiento (σ o ) Las Figuras muestran correlaciones de la velocidad de ondas S (Vs) y el módulo de corte a pequeñas deformaciones (Gmax) con la presión de confinamiento isotrópica (s o ); aun cuando en su formulación general, el módulo de corte máximo (Gmáx) también es función de la relación de vacíos (e) y de la razón de sobreconsolidación (OCR), las relaciones estimadas por el ensayo RCTS se ajustan a las ecuaciones de los modelos constitutivos empleados en la práctica ingenieril para el modelamiento numérico.

19 Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Variación del Módulo de Corte Normalizado (G/Gmax) vs deformación de corte (g%) Variación de la razón de amortiguamiento (D%) vs deformación de corte (g%) Las Figuras muestran la variación del módulo de corte (Gmax) y el amortiguamiento (D%) con el esfuerzo de corte, estos gráficos representan el input principal para un modelo numérico que tenga como fin analizar las deformaciones ante un evento sísmico, este tipo de análisis y ensayos adquieren mucha importancia en proyectos mineros en zonas de alta sismicidad.

20 Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Es posible determinar el valor de densidad relativa para cada valor de e, razón por la cual es válido indicar que se puede determinar el valor de densidad relativa asociado al nivel de presiones al que se encuentra sometido el depósito de desmonte. Para estimar el valor de densidad relativa y la relación de vacíos, se deben tomar en cuenta las siguientes correlaciones:

Estimated Void Ratio, e Variación de la relación de vacíos (e) vs presión isotrópica de confinamiento (s o ) Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Espécimen SRK-01 Isotropic Confining

21 Estimated Void Ratio, e Variación de la relación de vacíos (e) vs presión isotrópica de confinamiento (s o ) Propiedades dinámicas en el desmonte de mina Espécimen SRK-01 Isotropic Confining Pressure, o, kpa Project No. Erik Lino - SRK Peru Sample ID: SRK_01, Loading SRK_02, Loading SRK_03, Loading SRK_03, Unloading SRK_04, Loading Isotropic Confining Pressure, o, psf

22 7. Conclusiones

23 Conclusiones Las pruebas de campo se utilizan para conocer el tipo y la densidad del material de desmonte. Los ensayos triaxiales deben realizarse sobre muestras representativas, en este caso se utilizó la metodología de las curvas homotéticas las cuales fueron generadas a partir de los resultados obtenidos en campo, con el objetivo de determinar los parámetros de resistencia al corte (φ) además de los parámetros de rigidez (E50, Eur) necesarios para estimar deformaciones en un modelo numérico.

24 Conclusiones Para conocer las propiedades dinámicas, se realizó la prueba RCTS (columna resonante y corte torsional) donde se determinó la variación del módulo de corte máximo (Gmax) y amortiguamiento (D%) con la deformación de corte (g%), estos parámetros permiten calibrar y realizar un análisis dinámico de deformaciones, el cual es necesario en proyectos mineros en zonas de alta sismicidad.

25 GRACIAS.

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