Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA

Instituto de Investigaciones Antisísmicas “Ing Aldo Bruschi”

UNIVERSIDAD NACIONAL DESAN JUAN

Laboratorio de GeotecniaUNIVERSIDAD NACIONAL DE

CÓRDOBA

Geotécnia e Ingeniería Sísmica aplicadas a la MineríaSan Juan, Argentina, 16 de Octubre de 2007

DISEÑO SISMICO DE PRESAS DE RELAVES

Prof. Ramón Verdugo A.

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD DE CHILE

- PRESAS DE RESIDUOS MINEROS (TAILINGS DAMS) HAN MOSTRADO SER SENSIBLES AL FENÓMENO DE LICUACIÓN, O LICUEFACCIÓN.

- EN EL CASO DE CHILE, LAS MINAS DE COBRE TIENEN LEYES DEL ORDEN DEL 1%. ESTO SIGNIFICA QUE POR CADA TONELADA DE ROCA EXTRAÍDA, SE PRODUCEN 10 kg DE COBRE Y 990 kg DE RESIDUOS.

- POR RAZONES DE ESPACIO Y DISTANCIA, ES NORMAL QUE RESULTE ATRACTIVO Y ECONÓMICO EL DESARROLLO DE GRANDES PRESAS. POR EJEMPLO, EN CHILE YA EXISTEN PRESAS DE RESIDUOS DE MAS DE 150m DE ALTURA.

- PROBLEMA COMÚN EN EL CONTEXTO ANDINO

- ALTA SISMICIDAD

- IMPORTANTE PROYECCION MINERAMETÁLICA Y NO-METÁLICA

- VARIEDAD DE SUELOS COMPLEJOSCENIZAS VOLCÁNICASSUELOS DE GRANDES PARTÍCULASDEPÓSITOS DE DIATOMEASSUELOS RESIDUALES

- GEOLOGÍA VIVA

SISMICIDAD EN SUDAMERICA

- LAS FALLAS MAS CATASTRÓFICAS DE PRESAS DE RESIDUOS MINEROS HAN SIDO CAUSADAS POR LA OCURRENCIA DEL FENOMENO DE LICUACION.

- LO COMÚN HA SIDO LA OCURRENCIA DE FALLA DE FLUJO, GATILLADA POR EVENTOS SÍSMICOS MEDIANOS A FUERTES.

TRANQUE CONVENCIONAL(Relaves cicloneados)

RELAVES ESPESADOS:(Relave integral)

a) b)

c)

TRANQUE CONVENCIONAL

AGUA ARRIBA AGUA ABAJO

LINEA CENTRAL

Finos Arena (12 – 20%F)

SISTEMA DE CICLONESARENA

FINOS (LAMAS)

FAILURE OF BARAHONA TAILINGS DAMOCTOBER, 1, 1928

(Agüero, 1929)

FAILURE OF EL COBRE TAILINGS DAMMARCH, 28, 1965

(Dobry et al, 1967)

FAILURE OF MOCHIKOSHI TAILINGS DAMDIKE No. 1, JANUARY 14, 1978

(Ishihara, 1984)

FAILURE OF MOCHIKOSHI TAILINGS DAMDIKE No. 2, JANUARY 14, 1978

(Ishihara, 1984)

FALLA PRESA MOCHIKOSHI, 1979

(Cortesía Prof. Ishihara)

LICUEFACCION

- Movilidad cíclica- Pérdida de rigidez

- Falla de flujo- Pérdida de resistencia

MOVILIDAD CICLICA

τ

σ

δvertical

SUELO NO-COHESIVOEN UN ESTADO SUELTO

CONCEPTO DE CAMBIO DE VOLUMENEN UN SISTEMA PARTICULADO

MOVILIDAD CICLICA EN ARENA SUELTA

(Ishihara, 1985)

MOVILIDAD CICLICA EN ARENA DENSA

(Ishihara, 1985)

RESISTENCIA CICLICA

RESPUESTA NO DRENADA EN ENSAYOS CIU

(Verdugo, 1992)

RESPUESTA NO DRENADA EN ENSAYOS CIU

(Verdugo, 1992)

(Verdugo, 1992)

RESPUESTA NO DRENADA EN ENSAYOS CIU

LÍNEA DE ESTADO ÚLTIMO (STEADY STATE)

(Verdugo, 1992)

RESPUESTA CONTRACTIVACARGA CONTROLADA

(Verdugo, 1992)

STRESS HISTORY AND STEADY STATE STRENGTH

(Verdugo, 1992)

STRESS HISTORY AND STEADY STATE STRENGTH

CONCEPT OF A FLOW FAILURE

FACTORES QUE CONTROLAN LA RESISTENCIA CICLICA

TRANQUE CONVENCIONAL:- Método constructivo- Grado de densificación - Contenido de finos

RELAVES ESPESADOS:- Segregación mínima- Secamiento- Densidad

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

1 10 100 1000

Number of cycles for u/ 'o = 1

Cyc

lic S

tress

Rat

io

FC = 18%

DR = 9%

DR = 29%DR = 46%

DR = 63%

DR = 80%

DR = 91%

EFFECT OF RELATIVE DENSITY ON THE CYCLIC STRENGTH

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Fines Content (%)

Voi

d R

atio

, e

Maximum Void ratio

Minimum Void Ratio

Modified Proctor

MAXIMUM AND MINIMUM DENSITIES

1.40

1.50

1.60

1.70

1.80

1.90

2.00

2.10

0 5 10 15 20 25 30 35Water Content (%)

Dry

Den

sity

(ton/

m3)

Primary Tailings (FC=50%)

Mixture with FC=2%

Mixture with FC=18%

Mixture with FC=50%

100% Fines (from the dike)

S = 100%

MAXIMUM DENSITY

SANDY PARTICLES

0.074mm

0.054 mm

(Verdugo, 1982)

EFFECT OF LOW PLASTIC FINES ON THE CYCLIC STRENGTH OF TAILINGS SAND

CYCLIC STRENGTH AS FUNCTION OFDENSITY AND FINES CONTENT

EFFECT OF NON-PLASTIC FINES IN THE CYCLIC STRENGTH OF TAILINGS SAND

(Troncoso, Ishihara & Verdugo, 1988)

AUMENTO DE LA RESISTENCIA CICLICA EN EL TIEMPO

AGING EFFECT MEASURED ON TAILINGS SAND

(Troncoso, Ishihara & Verdugo, 1986)

τcy

FACTOR DE CORRECCION POR CORTE ESTATICO INICIAL

(Boulanger et al., 1991)(Seed & Harder, 1990)

Altura (m) 100

Ancho Coron. (m) 10

Zona saturada (m) 5

Talud A. Arriba 2.5 : 1.0

(H:V) A. Abajo 4.0 : 1.0

Etapas 4

Altura (m) 100

Ancho Coron. (m) 10

Zona saturada (m) 5

Talud A. Arriba 2.5 : 1.0

(H:V) A. Abajo 3.0 : 1.0

Etapas 4

Modelación Numérica

v

estático

στ

α =

v

estático

στ

α =

Talud 3:1

Talud 4:1

Talud 3:1

0.720

0.770

0.820

0.870

0.920

0.970

1.020

1.070

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Su, Shear Strength (kg/cm2)

Voi

d R

atio

30 % Fines

18 % Fines

0 % Fines2

EFFECT OF NON-PLASTIC FINES ON THE STEADYSTATE LINES OF EL COBRE TAILINGS SAND

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 1 10Effective mean stress, p' (kg/cm2)

Voi

d ra

tio, e

FC = 9 %

FC = 17 %s'c 5 0

FC = 23 %

EFFECT OF NON-PLASTIC FINES ON THE STEADYSTATE LINES OF OVEJERIA TAILINGS SAND

RELAVE INTEGRAL

Resistencia Cíclica v/s Número de CiclosRelave Integral

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1 10 1

Número de Ciclos

Rc

10 kg/cm2

10 kg/cm2

10 kg/cm2 5 kg/cm2

5 kg/cm2

5 kg/cm2

1 kg/cm2

1 kg/cm2

(R5/R1)20= 0.8

Resultados Triaxial Estático

Muestra inalterada tomada desde la cubeta

0 4 8 12 16

Tensión Media, p'= σ1+σ3

2 (kg/cm2)

0

2

4

6

8

Tens

ión

de c

orte

, q =

σ 1- σ

32

(kg/

cm2 )

Tensión de Corte - Deformación axial

Consolidación Anisotropica K0 = 0.4

Envolvente de Fallaφ = 38.7º

TRIAXIAL CIU, p - qRelave Integral

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

p'=(σ1'+2σ3')/3, [kg/cm²]

Pc=1,0 kg/cm2

Pc=3,0 kg/cm2

Pc=5,0 kg/cm2

Pc=10,0 kg/cm2

Pc=20,0 kg/cm2

Pc=30,0 kg/cm2

q = (σ1'-σ3')/2, [kg/cm2]

φ=34o

Resistencia no drenada v/s Presión de CámaraRelave Integral

Su = 0.195 σ o' + 0.31

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14Su [kg/cm2]

σo'

[kg/cm2]

GRACIAS