Grupo de Geotecnia. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Chile. Director: Daniel BOISSIER. Marzo 2007

Transcripción

1 Grupo de Geotecnia Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Chile Université Blaise Pascal Clermont Ferrand. Francia Análisis de riesgos y variabilidad aplicada en la construcción de depósitos mineros Parte 2 Tesista: : Gabriel VILLAVICENCIO Director: Daniel BOISSIER Tutores: Raúl ESPINACE & Claude BACCONNET Marzo 2007

2 ESTIMACION DE LA VARIABILIDAD DE LAS ARENAS DE RELAVES Y SU INFLUENCIA EN LAS PROPIEADES GEOTECNICAS. Gran parte de los depósitos de suelo son formados naturalmente ene diferentes ambientes de depositación y por lo tanto sus propiedades des geotécnicas varían desde un punto a otro. La variabilidad de las propiedades de los suelos es el mayor contribuyente en la incertidumbre idumbre en los análisis geotécnicos. Esta variabilidad podría existir también en una unidad de suelo aparentemente homogénea. Estimation of Uncertainty in Geotechnical Properties for Performance-Based Earthquake Engineering. (Jones et al. 2002)

3 OBJETIVOS PLANTEADOS Detectar las fuentes de variabilidad espacial de las propiedades físicas y mecánicas de las arenas de relaves Cuantificar la variabilidad para su integración en el proceso del control de compactación durante la fase operacional del tranque Metodología para realizar un control de compactación mediante el equipo PANDA

4 Algunos tipos de relaves

5 Variabilidad Etapa Fuente Efecto sobre los relaves Propiedades Geotécnicas Sector de la minería Gran, mediana y pequeña minería Estatal y privado Homogeneidad o Heterogeneidad de los relaves Granulometría Gravedad específica Plasticidad de las partíículas finas Espacial Proceso de extracción Tipo de mineral Calidad geológicagica Variabilidad de los minerales constituyentes Granulometría Gravedad específica Molienda y Flotación Espécimen mineralógico Ley del yacimiento Adiciónn de polímeros y cal. Características mineraló gicas Granulometríía Gravedad específica Grado de cementación Depositación Metodologíía a de ciclonaje Segregación hidráulica Metodologíía a de compactación Variaciónn en las características físicas y resistentes Granulometría Densidad in-situ Temporal Operaciónn y post-cierre Efecto de envejecimiento Cohesión n por cementación Aumento de las propiedades mecánicas: ángulo de fricción y cohesión

6 PROPOSICIÓN FUNDAMENTO TEORICO PROPUESTO «Caracterización del comportamiento mecánico del material a partir de la descripción de su micro-estructura» (Cambou( Cambou,, 987) DESCRIPCIÓN DE LA MICRO-ESTRUTURA Existen tres parámetros, lógica micro-mecánica: mecánica: A nivel de un grano Interacción entre dos granos y fluidos Conjunto de granos Conocimiento del comportamiento mecánico de un medio granular

7 COMPORTAMIENTO MECÁNICO CLASIFICACIÓN PARAMÉTRICA Parámetros de naturaleza Parámetros de interacción Mineralogía Forma Granulometría Límites de Atterberg Humedad Respuesta mecánica qd Parámetros de conjunto Peso volumétrico seco d Índice de vacíos

8 EL EQUIPO PANDA (Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté par Ordinateur)

9 CONTROL DE COMPACTACIÓN MEDIANTE EL EQUIPO PANDA. Curvas de Referencia Control de Compactación qd (Mpa) Relación base 0 0 d A ln( qd ) B qr: curva de referencia 0.2 Variación qd v/s gd ,30 ql: curva de rechazo g d = a Ln(qd) + b g d = a2 Ln(qd) + b 2 2,20 g d = a3 Ln(qd) + b3 2,0 3 g d (t/m ) Profundidad (m) 0.4 2,00 gd = a3 Ln(qd) + b3,90 Suelo Suelo 2,80 Suelo 3,70 Suelo 4,60 0,00 0,50,00,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7, qd (Mpa)

10 METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DE LA VARIABILIDAD EN ARENAS DE RELAVES Selección de un tranque experimental Análisis estadístico de la información recopilada desde el controlol de compactación Variabilidad de las características físicas y propiedades índice de las arenas de relave Obtención curvas de referencia PANDA para el control de la compactación Diseño de una malla de posicionamiento espacial (Ensayos PANDA y DIS) Validación in-situ de las curvas de referencia Análisis de resultados obtenidos Análisis in-situ de la influencia del proceso de compactación sobre el estado de compacidad

11 CAMPO EXPERIMENTAL Tranque de Relaves Las Cruces. Sociedad Mineral Punta del Cobre Sector: mediana minería del cobre, privada Origen de los minerales: Mina Punta del Cobre Procedencia de los relaves: Planta San José Muro resistente Cubeta de embalse

12 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL TRANQUE DE RELAVES - Capacidad de diseño: 50 millones de toneladas - Muro resistente: arenas de relaves -Altura proyectada: 50 m - Altura actual máxima: 20 m - Talud aguas abajo: :3.5 (v:h (v:h)) - Coronamiento: 5 m (mínimo) - Revancha: 2 m mínimo - Método de construcción: eje central - Geo Geo--membrana talud aguas arriba. - Sistema de drenaje basal - Compactación Mecánica

13 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS RELAVES. - Método de depositación: hidro-ciclonaje - Concentración de sólidos en peso: 70% - 75% - Humedad de depositación: 28% - 30% - % de finos (#200): < 20%

14 METODOLOGIA DE COMPACTACIÓN. - Perfilamiento mediante Bulldozer - 4 ciclos de rodillo liso vibratorio - Una pasada de Bulldozer Nivel de compactación mínimo: 95% OPN Control de Compactación periódico: ensayos inin-situ y de laboratorio

15 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS RELAVES ANÁLISIS DE ESTADÍSTICO - Granulometrías (% de finos y diámetro medio D50 50) - Ensayo Proctor Normal ( ( d max, max, % Wop Wop)) Tratamiento estadístico: distribución y dispersión de los datos - Densidades in-situ ( d nat nat,, % Wnat Wnat)) Datos provenientes del control de compactación. Período

16 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS RELAVES ANÁLISIS DE ESTADÍSTICO ANÁLISIS DE DISTRIBUCIONES GRANULOMÉTRICAS. GRANULOMÉTRICAS

17 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS RELAVES ANÁLISIS DE ESTADÍSTICO Número de datos : 945 Media :.82 t/m3 Kolmogorov - Smirnov : Desv. Estándar : t/m 3 Ley de distribución: Log-normal Resultados obtenidos: Propiedad índice Valor máximo Valor mínimo Promedio Desviación estándar Coeficiente de variación Intervalo d (t/m3) % w (%) % 4.4-9

18 RESUMEN RESULTADOS OBTENIDOS Propiedad Valor máximo Valor mínimo Promedio Desviación estándar Coeficiente de variación Intervalo % de finos , % 3 20 D50 (mm) % d máx (t/m3) % wop (%) % d (t/m3) % w (%) % 4.4-9

19 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS RELAVES ANÁLISIS DE ESTADÍSTICO Grado de compactación Período : Histograma Solo 5 % del total de datos es inferior a un 95% del OPN 97 % OPN 0

20 CURVAS DE REFERENCIA. TRANQUE LAS CRUCES Introducción de la variabilidad detectada Curva de referencia superior: DMSC media Curva de rechazo: DMSC mínima Ancho de banda o zona de tolerancia: integración de la variabilidad en el estado de compacidad inin-situ: Variabilidad de las características físicas de las arenas de relave relave Morfología de la señal PANDA para una capa compactada Ruido de fondo generado en la señal durante el ensayo

21 IDENTIFICACIÓN DE CAPAS CON DIFERENTES ESTADOS DE COMPACTACIÓN. Resis te ncia de punt a, qd (M Pa) Profundidad (mts) 0.2 ACEPTACION: > 95 % OPN TOLERABLE: % OPN RECHAZO: < 90 % OPN

22 CURVAS DE REFERENCIA PANDA. INTRODUCCIÓN DE LAS VARIABILIDAD DE LAS CARÁCTERÍSTICAS FÍSICAS Banda s de Referencia Tranque "Las Cruces". Socie dad Mine ra Punta del Cobre S.A 0,0 Resistencia de punta qd (MPa) 0,0,00 0,00 0,00 qdl (95% del OPN superior) 0,20 0,40 Pro fun didad (mts) 0,60 Variabilidad de las características físicas. 95% OPN superior Parámetro Mpa cm qd0 0,36 0,00 qd 2,22 0,36 qd 2, zc qd - 2 Mpa. 0,80,00 95% OPN inferior,20,40,60,80 qdl (95% del OPN inferior) Parámetro Mpa cm qd0 0, 0,00 qd 0,92 0,36 qd 0, ,36 zc

23 MALLA DE POSICIONAMIENTO ESPACIAL Objetivos. - Validación de las curvas de referencia obtenidas para el tranque Las Cruces - Obtención de la estructura estratigráfica en el sentido aguas abajo del talud y paralelo al coronamiento del tranque - Análisis de la homogeneidad del proceso de compactación - Análisis de la estructura de la variabilidad

24 DISEÑO GEOMÉTRICO ENSAYO PANDA, medición variabilidad nivel de conpactación. Profundidad de ensayo:.5 m

25 ZONA DE EMPLAZAMIENTO. MURO LATERAL ESTE Criterios de selección: Existencia pa pañ ños os de compactación con diferentes edades de depositació depositación Informaci ón reciente respecto al control de compactación: granulometríías, densidades ingranulometr in-situ y ensayos Proctor Normal Caracterí Características geomé geométricas del muro resistente en la zona seleccionada Informaci ón respecto a la metodología de compactación

26 MALLA DE POSICIONAMIENTO ESPACIAL Ensayos de penetración PANDA. Punto de posicionamiento

27 CONTROL DE COMPACTACION MEDIANTE EL EQUIPO PANDA Control de compactación en dirección talud aguas abajo Ensayos S - al S-6. Dirección "Aguas Abajo" Resistencia de punta (MPa) 0, 0,0 0 0, Resistencia de punta (MPa) 0 0, ,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,8,4,6 0,8,2 Profun didad (m) 0,2 Profund idad (m) Profundidad (m) 0,0 0 Ensayos S-43 al S-48. Dirección "Aguas Abajo" Ensayos S-3 al S-36. Dirección "Aguas Abajo" Resistencia de punta (MPa) S_ S_2 S_3 S_4 S_5 S_6 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior),2,4,6 0, 0,8 S_3 S_32 S_33 S_34 S_35 S_36 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior),2,4,6 ESTADO DE COMPACIDAD > 95% OPN S_43 S_44 S_45 S_46 S_47 S_48 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior) 0

28 VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Metodología empleada. Alizamiento de la señal PANDA entre los 0 cm y 25 cm de profundidad Obtención de la densidad seca a partir de la resistencia de punta qd alisada Obtención del grado de compactación expresado en términos de OPN Comparación de los resultados con obtenidos desde los ensayos cono de arena y Proctor Normal en los puntos ubicados topográficamente d (PANDA) d (cono). Borrel 2003, Benz 2005 & Villavicencio 2006

29 VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Ensayos S-0, S-4, S-6. Paño Nº Ensayos S-22, S-28, S-34. Paño Nº 2 Resistencia de punta (MPa) Resistencia de punta (MPa) 0,0 0, 0, ,2 Zona de comparación Resistencia de punta (MPa) 0 0,0 Zona de comparación 0,20 0,40 0,6 0,6 0,60 0,8 qd (95% OPN superior),2 Zona de comparación 0,80,00 S_22 S_0,2 Profundidad (m ) 0,4 0,8 0,0 0,00 0,4 Profundi dad (m) Profundidad (m ) 0,2 0, Ensayos S-4, S-47, S-53. Paño Nº 3 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN superior),20 qd (95% OPN inferior) qd (95% OPN inferior) qd (95% OPN inferior),4 S_4,4 S_6,6,40 S_28 S_47 S_34,6 S_4 S_53,60,00 0,00

30 VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS UBICACIÓN Paño Punto Cono de arena Proctor de ref. PS Dist. a Cubeta (m) Cota (m) d (kg/dm3) d máx kg/dm3) ,788, , % OPN PANDA Sondaje qd d PANDA %OPN 98 8,254,802 98, ,08,785 97,78, ,42, ,78, ,278, ,765, ,659, ,796, ,246, ,793, ,08, ,78, ,42, ,84, ,659, ,789, ,246, ,82, ,254, ,827, ,254, ,86, ,278, ,839, ,278,803 98

31 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS Nomenclatura de análisis para detección de capas Color Clasificación Nivel de Compactación % OPN Amarillo Adecuado 95% superior Naranjo Aceptable 95% inferior y < 95% superior

32 DIRECCIÓN TALUD AGUAS ABAJO S_7 S_8 S_9 S_0 S_ S_2 S 6 S 62 S 63 S 64 S 65 S 66 S 89

33 DIRECCIÓN PARALELA AL CORONAMIENTO S9 S7 S 2 S3 S S6 S 5 S 2 S 27 S 3 S 9 S 25 S 8 S 24 S 30 S 33 S 3 S 36 S 39 S 45 S 37 S 42 S 5 S 43 S 48 S 49 S 54 S 57 S 63 S 55 S 60 S 69 S 6 S 66 S 67 S 72

34 INTERPRETACION DE RESULTADOS Clara estructura estratificada en dirección aguas abajo y paralela al coronamiento Detección de capas de espesor variable entre 30 y 70 cm Estado de compacidad superior al 95% del OPN Detección de la influencia de factores asociados al proceso de compactación

35 ANALISIS DE LA INFLUENCIA DE LA COMPACTACIÓN MECANICA SOBRE LA DENSIDAD IN - SITU

36 Factores asociados con la metodología de compactación Espesor de capas Nº de pasadas y eficiencia del equipo compactador Relación tiempo/humedad

37 MAQUINARIA EMPLEADA Bulldozer D 6 H Peso estático: 20 ton Rodillo liso vibratorio VIBROMAX modelo W03 D Peso estático (ton) 20 Frecuencia (Hz) 29/35 Amplitud (mm) 0.75/2.00 Presi ón de contacto aproximada (ton/m3) 0-4

38 ACTUAL METODOLOGIA DE COMPACTACIÓN Propiedad índice Número de datos Valor máximo Valor mínimo Promedio Desviación estándar Coeficiente de variación d máx (t/m3 ) 35,947, ,035,88 % wop (%) ,5 4,7 0,985 6,72 % d (t/m3) 78,99,692,85 0,060 3,27 % w (%) 78 4,3 4 8,73 2,683 30,72 % % OPN % Grado de compactación alcanzado. Zona Muro Lateral Este. Período

39 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Selección del sitio experimental. Zona Muro Lateral Este Postes de soporte 5 y 54 Edad: 2 a 3 días Postes de soporte 23 y -7 Edad: día

40 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL CARACTERISTICAS GEOMETRICAS Poste nº -23 Poste nº -2 Poste nº -9 Poste nº -7 Poste nº +5 Poste nº +52 Poste nº +53 Poste nº +54 Corona Corona Espesor de la cancha 0.50 m 3 CIC LOS 4 CIC LOS 4 C ICLOS Talud Tranque 2 CIC LOS 3 C ICLOS 2,7 35 m 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 Talud Tranque Espesor de la cancha 0.30 m Hora compactacion cancha = 0:06 am Ancho Rodillo = 2.5 m Tiempo de un ciclo = 5-6 min 38.6 m 2,7 35 m 2,7 Cancha 5 Cancha 6 Cancha 7 Cancha 8 CIC LO Hora compactacion = 2:00 pm Ancho Rodillo = 2.5 m Tiempo de un ciclo = 5-6 min Cancha 3 Cancha 4 2 CIC LOS CI CLO Cancha Cancha 2

41 CONSTRUCCIÓN DE LAS CANCHAS DE PRUEBA

42 ENSAYO DE CAMPO Sector Edad del material material 3 3 aa 4 4d días 2 2 díaa Tipo de ensayo ensayo Cantidad Muestras representativas Profundidad Profundidad PANDA PANDA cm cm Cono de Arena Superficial PANDA PANDA cm cm Cono de Arena Superficial

43 GRADO DE COMPACTACIÓN Estado de compacidad mínimo in-situ: depositación hidráulica Cancha sin compactar. Zona media N º de ensayo Zona gd Grado de compactación Resistencia de punta (MPa) 0,0 Mpa t/m3 % OPN , , , , , Superior Media Inferior 0, 0,5 0,6 0,7, Edad de depositación: día 0,0 0 Profundidad (m) Talud qd,2 S_4 S_5 S_6 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior),00 0,00

44 INFLUENCIA NUMERO DE CICLOS DE RODILLO ESPESOR DE CAPA: 30 cm Resistencia de punta (MPa) 0, Resistencia de punta (MPa) 0 0,0 0, 0,0 0,2 0,20 0,3 0,30 0,4 S_ 0,5 S_2 S_3 S_4 0,6 S_5 S_6 0,40 0,50 S_8 S_9,00 0,0 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior) 0, 0, , 0, 0, 0,2 0,2 0,3 0,3 qd (95% OPN superior) S_ S_2 0,4 0,5 S_4 0,6 S_5 S_6 0,70 Resistencia de punta (MPa) Resistencia de punta (MPa) 0,00 S_3 0,60 Cancha Nº 8. Nº de pasadas: 4 ciclos. Espesor 30 cm 0 qd (95% OPN inferior) S_7 0,7 0,0 0,00 P ro fund idad (m ) Pr ofund idad (m) 0 Pro fu nd id ad ( m) 0,0 Cancha Nº 7. Nº de pasadas: 3 ciclos. Espe sor 30 cm Cancha Nº 6. Nº de pasadas: 2 ciclo. Espesor 30 cm S_7 S_8 S_9 0,7 0,8 0,80 0,8 0,9 0,90 0,9 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior) S_ S_2 S_3 S_4 S_5 S_6 S_7 S_8 S_9 P ro fund idad (m ) Cancha Nº 5. Nº de pasadas: ciclo. Espesor 30 cm 0,4 S_ 0,5 0,6 S_2 S_3 S_4 S_5 S_6 S_7 S_8 0,7 0,8 0,9 S_9 qd (95% OPN superior) qd (95% OPN inferior) 0

45 PROPIEDADES ÍNDICE Y GRADO DE COMPACTACIÓN ALCANZADO SECTOR Nº. CANCHAS DE PRUEBA 5, 6, 7 Y 8. ESPESOR 30 CM Espesor Nº de ensayo Número CONO DE ARENA de pasadas Densidad Seca Densidad Seca qd Densidad Seca (t/m3) (t/m3) 0-30cm (t/m3) cm PANDA PROCTOR Grado de compactación vía cono vía panda Factor de correlación C 5. 30,753,763 0,783, , ,78,79,09, , ,747,759 0,746, , ,796,792,34, , ,8,87,5, , ,747,77 0,934, , ,827,82,609, , ,803,804,283, , ,829,828,735, , ,832,804,299, , ,769,78 0,977, , ,835,8,409, ,99

46 SECT OR Nº SECT OR Nº 2 Resistencia de punta (MPa) Resistencia de punta (MPa) 0,0,00 0,0 0,00 0, 0, 0,2 0,2 0,3 0,3 ciclo 0,4 0,0 0 Profun didad (m) Prof undidad (m ) 0,0 0 2 ciclos ciclo 0,4 3 ciclos 3 ciclos 4 ciclos 4 ciclos 0,5 0,5 sin compactación RECOMENDACIÓN: 2 ciclos sin compactación CICLOS DE RODILLO: 3 ESPESOR DE CAPA: cm,00 0,00

47 EVALUACION DE LA HOMOGENEIDAD DEL PROCESO DE COMPACTACION Cancha Nº. Nº de pasadas: ciclo. Espe sor 50 cm Resistencia de punta (MPa) 0,00 0 0,00,000 0,000 Conclusiones: 0, El proceso de compactación no es uniforme incluso dentro de una misma capa. Profundidad (m) 0,2 La variación máxima detectada en términos de qd es < Mpa Mpa.. 0,3 Las curvas de referencia propuestas incorporan la no uniformidad del proceso de compactación 0,4 VARIACION DE QD 0,5

48 CELDA EXPERIMENTAL. EFECTO DE SECAMIENTO Ensayos PANDA.Celda Tiempo. Resistencia de punta (MPa) 0,0 0 0, EDAD (Días) HUMEDAD (%) S_ a 0 día S_2 a 0 día S_3 a 0 día Profundidad (m) 0,4 S_ a día S_2 a 2 días 0,8 0 NUMERO DE ENSAYO 0,2 0,6 S_3 a 3 días S_ a 30 días S_2 a 30 días S_3 a 30 días qd entre Mpa (0 a 30 dí días) w% = 44% (0 a 30 días)

49 RESULTADOS Banda s de Referencia Tranque "Las Cruces". Socie dad Mine ra Punta del Cobre S.A 0,0 Resistencia de punta qd (MPa) 0,0,00 0,00 qdl (95% del OPN superior) 0,20 0,40 Profu nd id ad (mts) 0,60 0,80,00,20,40,60,80 0,00 qdl (95% del OPN inferior) Variabilidad qd ( Mpa) Características físicas -2 Efecto de secamiento Metodología de compactación 0.2 Ruido de señal ± 0 %

50 CONCLUSIONES Obtención de curvas de referencia para el control de compactaci ón durante la operación del tranque las cruces considerando la variabilidad Obtención de estructura estratificada del tranque TRABAJO EN DESARROLLO Estudio del efecto de envejecimiento y su influencia en la resi stencia mecánica Tratamiento geo geo- estadístico para la obtención de la estructural espacial de la variabilidad Aplicación de técnicas de simulación Tratamiento probabilista de la estabilidad mecánica del muro resistente resistente