geotécnia e ingeniería sísmica aplicadas a la minería · enrique romero director del...

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

Residuos mineros: Interacción con la atmósfera

Enrique Romero

Director del Laboratorio de [email protected]

Jornada “Geotecnia e Ingeniería Sísmica aplicada a la Minería”Instituto de Investigaciones Antisísmicas “Ing. Aldo Bruschi ”Universidad Nacional de San Juan

San Juan, Argentina, 16 octubre 2007

Índice de la presentación

• Consecuencias de la evaporación en las balsas de decantación (retracción y agrietamiento)

• Fenómenos de retracción (aspectos generales, irreversibilidad, acumulación con ciclo de secado / humedecimiento)

• Grietas de retracción (resistencia a la tracción, iniciación, efectos de tamaño, consecuencias sobre la permeabilidad al agua)

• Montajes experimentales en laboratorio e in situ para analizar la interacción con la atmósfera

Evaporación

a) Water mass balance:Precipitation (P), infiltration (I), evaporation (E), runoff (R), effective recharge (Re), seepage (S)

b) Spatial distribution of surface fluxes of infiltration and evaporation

Playa

Laguna

Colas

(Al et al. 1994)

Variations in relative evaporation with moisture content for saline and freshwater materials (Newson & Fahey 2003)

Contenido de humedad. Efecto de la salinidad y de las costras superficiales

I: Effect of increasing saline concentration (saline soil)Reduction in vapour pressure as solutes increase their concentrations

II: Superficial crust formation (saturated material)1) albedo, 2) moisture transfer resistance, 3) reduction in vapour pressure

III: Superficial crust (desaturation of crust)IV: Water availability within the soil decreases. Residual moisture content (evaporationwill tend to vanish)

Efecto de la salinidad

Evaporation from saline tailings surfaces. ‘c’represents the initial water solute concentration –mass basis-

(Fahey & Fujiyasu 1994)

Efecto de la salinidad

( )π⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦

a w wv v v v v v vo ra

s + v ME = f (u -u ) ; E = f u exp - -h

RT

ψ π vr

w w w w vo

RT RT u- -= s + = lnh = lnv M v M u

Dalton-type surface boundary condition for evaporation:

Ev: evaporative volumetric fluxfv: exchange function which depends on the mixing characteristics of the air above the evaporating surfaceuv: vapour pressure of the evaporating soil surfaceuv

a: vapour pressure in the air above the evaporating surface

For the same temperature for air and soil (uvo is the common saturation vapour pressure):

Psychrometric law:

Mw: molecular mass of water R: molar gas constantT: absolute temperaturevw: specific water volume (=1/ρw)

ψ: total suctions: matric suction, s = (ua-uw)π: osmotic suction

v

da

0 w0u (T,u

1,s 0)χ = = v

da

1 w1u (T, 0u

,s )χ =

πv1

v0

uh =u

OSMOTIC (A)

w1 a1 da v1

w1

u u u u= = +χw0 a0 da v0

w0

u u u u= =1

+χ =

REFERENCE (0)STATE

vm

v1

capillary menisci +surface adsorption

uh =u

MATRIC (B)

z 0=

w a da v

va wd 1

u u s u u s=u (T, , )u ; s

=− + −

χ

uda=const. ; T = const.

Soil water Soil + soil waterPure water

s = ua - uw

ψ π vr

w w w w vo

RT RT u- -= s + = lnh = lnv M v M u

Consecuencias asociadas con la evaporación

- Disminución del nivel del embalse- Cambios en la superficie freática, que se aleja de la cara del talud- Aumento de la estabilidad frente a deslizamiento de los taludes- Retraccióna) disminución volumen, endurecimiento, influencia sobre la capilaridadb) acumulación en ciclos sucesivos de humedecimiento / secado

- Grietas de retraccióna) afectan el flujo y el transporte de solutos (flujos preferentes, afectación de acuíferos)b) afectan la erosión interna (tubificación)c) afectan la resistencia del materiald) incrementan la accesibilidad de oxígeno (oxidación, perturbaciones químicas)

- Estratificación (costras desecadas sobreconsolidadas, ‘pancakes’)- Aumento de la concentración de especies químicas por pérdida de solvente (desarrollo de costras salinas, ‘salt crusts’)- Impacto ambiental sobre la atmósfera- …

Construcción aguas arribacon material escarificadoy desecado

Consecuencias asociadas con la infiltración

- Aumento del nivel del embalse- Aumento del grado de saturacióna) agua almacenada en la zona parcialmente saturadab) aumento de la permeabilidad al aguac) disminución de la resistencia al corte

- Cambios (ascensos) en la superficie freática, que se acerca a la cara del talud- Disminución de la estabilidad frente a deslizamiento de los taludes- Dilución de especies químicas (aporte de solventes)- Reblandecimiento de costras- Impacto ambiental sobre suelos y acuíferos- …

Laguna Playa

Desecación de los residuos mineros (grietas y costras superficiales)

Depósito de la industria cubana del níquel(Rodríguez 2002)

Punto de vertido de colas

Desecación y estratificación de los residuos mineros

Depósito de la industria cubana del níquel

(Rodríguez 2002)

Shrinkage of clayey soils

Romero (1999)

slurried soilVCL = VDL (Toll, 1995)

over-consolidatedsoil

Sr=100%

log (ua-uw)

Deg

ree

of s

atur

atio

n e o

r G

s.w

shrinkagelimit

suction - hardening

Sr

eGs.w

Gs.δw / δe → 1

Gs.δw / δe >> 1

UPC controlled-suction oedometer cell

σvσv

uwuw

HAEV (uw)

coarse (ua)

LVDTLVDT

ua= constantua= constant

Bottom discs

mixed (uw,ua)

air pump

desiccator

electronic balance

hygrometer

salt/base or acid solutions

s = ua-uws = ua-uw

Relative humidity control

Relative humidity control

Stress paths underoedometer conditions(σv-ua) = constant

s

(σv-ua)

2

6

0

4

8

2

1. 52

1. 56

1. 60

1. 64

1. 68

1. 72

Índi

ce d

e po

ros

A

Secado

Humedecimiento

Secado

Succión (MPa)

1.00.10.012

6

0

4

8

2

1. 52

1. 56

1. 60

1. 64

1. 68

1. 72

Índi

ce d

e po

ros

A

Secado

Humedecimiento

Secado

Succión (MPa)

1.00.10.01

Retracción de residuos mineros (industria del níquel)

(Rodríguez 2002)

Shrinkage

2 3 5 2 3 50.01 0.1 1

Suction, s (MPa)

0

4

8

12

16

Vol

umet

ric s

train

, εv(

%)

22°C

2 3 5 2 3 5 20.01 0.1 1

(σv-ua): 0.30 MPa 1.20 MPa

80°CA

D

F

A

B

DE

F

B

C

E

C

.

Stress paths underoedometer conditions(σv-ua) = constant

B

C0.3 MPa

1.2 MPa Kaolinitic-illitic clayat ρdo = 1.4 Mg/m3

wo = 15%

Romero (1999)

C

D D

E

Shrinkage (dry density and temperature effects)

0.01 0.1 10.02 0.05 0.2 0.5 2

Vertical net stress, (σv- ua) MPa

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Vol

umet

ric s

train

, εv (

%)

0.01 0.1 10.02 0.05 0.2 0.5 2


-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

Wat

er c

onte

nt c

hang

e, δ

w (%

)

0.01 0.1 10.02 0.05 0.2 0.5 2


-25.0

-20.0

-15.0

-10.0

-5.0

0.0

Deg

ree

of s

atur

atio

n ch

ange

, δS

r (%

)22oC80oC

so = 10 kPa to sf = 450 kPa (shrinkage)dry density: 1.4 Mg/m3

dry density: 1.7 Mg/m3

Kaolinitic-illitic clayat ρdo = 1.4 Mg/m3

wo = 15%

Romero (1999)

Evolution of PSDsduring drying

(Simms & Yanful 2002)

Halton Till at wo=19%suction increase leads tototal destruction of macroporosity

Regina Clay at wo=29%certain class of pores of themacroporosity arenot affected by shrinkageduring suction increase

Modification of samplemicrostructure when suction is increased

Sandy loam (morainic soil, PI=12%, LL=30%)(Cuisinier & Laloui 2004)

Shrinkage (irreversible aspects)

Hydraulic ‘loading’ associated with:- shrinkage of soil aggregations- increase with mean stress acting on soil skeleton

Nuth & Laloui (2007)

Hysteresis effects arecan be included in thestress variable

p̂ = [(p - ua) + Sr s] = p” + Sr s

p’’ = p-ua

Shrinkage (irreversible aspects)

0.01 0.1 10.02 0.03 0.05 0.2 0.3 0.5

Suction, s (MPa)

12.0

8.0

4.0

0.0

Volu

met

ric s

train

, εv(%

)

0.01 0.1 10.02 0.03 0.05 0.2 0.3 0.5 2

experimentsimulation

σ v''

= 0.3 MPa

σ v''

= 0.6 MPa

0 0.5 1

Mean soil skeleton stress p̂ = p'' + Sr s (MPa)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Suc

tion,

s (M

Pa)

σ v''

= 0.3 MPa

wetting

drying

Romero & Jommi (2007)

p̂ = [(p - ua) + Sr s] = p” + Sr s

Shrinkage accumulation (suction cycling)

0 1 2 3 4 5Number of cycles

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

Verti

cal s

train

, εv

D

W (ψ ≈ 4 MPa)

D (ψ ≈ 130 MPa)

(σv-ua)

100 kPa

200 kPaShrinkage accumulation(‘fatigue’ of swelling) that increases at higher vertical stresses

Stress paths underoedometer conditions

Bentonite/sand 80/20, eo = 0.80, wo = 13%

Vapour transfer

Alonso et al. (2005)Romero et al. (2006)

Stress paths followed (oedometer conditions)

100 200 300 400Vertical net stress, σv (kPa)

200

400

600

800

Matr

ic s

uct

ion,

s (

kPa)

LC initialposition

A110

A2, B2

20

A3 A4

initial condition

60050

A05

A1

A2 B2 A3 A4

A05

swelling domain (OC material)

4 to 6 W/D cycles

Kaolinitic-illitic clay:wo = 15.2%,γd = 17.8 kN/m3

Airò, Ferrari & Romero (2007)

Volumetric strain evolution with suction cycling (10-800 kPa)

3

2

1

0

-1

-2

-3Volu

metr

ic s

train

, ε v

(%

)

A05 σv=50 kPa

initial point

A1 σv=100 kPa

0 200 400 600 800Matric suction, s (kPa)

3

2

1

0

-1

-2

-3

Volu

metr

ic s

train

, ε v

(%

)

B2 σv=200 kPa


A3 σv=300 kPa


A4 σv=400 kPa

A2 σv=200 kPa

Evolution of volume change response on suction cycling

1 2 3 40

1

2

3V

olum

etric

stra

in (

abso

lute

val

ues)

, ε v

(%

)

A05 σv=50 kPa

1 2 3 4

A1 σv=100 kPa

1 2 3 4

A2 σv=200 kPa

1 2 3 40

1

2

3A3 σv=300 kPa

1 2 3 4 5 6Cycle

wetting

drying

difference

A4 σv=400 kPa

reversible

Shrinkage accumulation(‘fatigue’ of swelling?)

drying

wetting

Airò, Ferrari & Romero (2007)

Simulation of experimental results and evolution of coupling functions

0 200 400 600 800Suction, s (kPa)

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

Vol

um

etr

ic s

train

, ε v

(%

) A05 σv=50 kPa A1 σv=100 kPa

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1σv/σv0

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

f i, f

d

0 200 400 600 800Suction, s (kPa)

A2 σv=200 kPa

0 200 400 600 800Suction, s (kPa)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1σv/σv0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1σv/σv0

Airò et al. (2007)

equilibrium state

compressionaccumulateswith cyclesfi

fd

Imperial College high-range tensiometer

Grietas de retracción. Evaluación de la resistencia a la tracción

Objetivo:Estimar el tiempo en elque aparecen las primerasgrietas de retracción(se alcanza durante el secado una tensión horizontal equivalente a la resistencia de tracción)

Mikulitsch & Gudehus (1995), Rodríguez (2002)

0

10

20

30

40

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Degree of saturation

Stre

ngth

(KPa

)I

II

b)

Resistencia a la tracción de residuos de la industria del níquel. Influencia de la saturación

Rodríguez (2002)

ρdo = 1.33 Mg/m3

Resistencia tracción

Res. compresiónsimple

Evaporación con control de humedad relativa (residuo de la industria del níquel)

Closed container:1) saline solution2) precision balance3) waste plate

hr = 75% 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 200 400 600 800 1000 1200Time (hours)

Loss

of w

ater

(g/c

m2 su

rfac

e ar

ea)

4 mm 4 mm8 mm 8 mm16 mm 16 mmTime to crak initiation 4 mm Time to crack initiation 16 mmTime to crack intiation 8 mm

Laboratory atmosphere

Closed container

hr = 65%

hr = 75%

ρdo = 1.33 Mg/m3

Rodríguez et al. (2007)

Pictures of crack patterns for different waste thicknesses

4 mm 8 mm 16 mm

b)

a) Laboratory atmosphere

Hermetically closed containers


Main equations and unknowns adopted in the HM formulation

Water permeability and water retention properties (metallurgical Ni waste)

Rodríguez (2002)

1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

0.52 0.57 0.62 0.67

Porosity

k sat (m

/s)

TestModel

0.01

0.1

1

10

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Degree of saturation

Suct

ion

(MPa

)

Suction controlled oedometer tests

Psychrometric measurements

Model

n=0.60

n=0.63

n=0.67

Drying in closed container (hr = 75%)

44

45

46

47

48

49

500 200 400 600 800 1000

Time (hours)

Moi

stur

e co

nten

t (%

)

ModelTest

Observed crack initiation

a)

Computed and measured evolution ofwater content (crack initiation)

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.00 200 400 600 800

Time (hours)

Hor

izon

tal s

tress

(KPa

)Model

Tensilestrenght


b)strength

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.00 200 400 600 800

Time (hours)

Hor

izon

tal s

tress

(KPa

)Model

Tensilestrenght


b)strength

Evolution of computed horizontal stress and tensile strength


0

5

10

15

20

25

30

35

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5Horizontal stress (kPa)

Suct

ion

(kPa

)

modelz = 0.83 cm

t = 624 hrs

t = 300

t= 100 hrs

modelz = 1.60 cm

modelz = 0.00 cm

Tension strength

a)

t= 0 hr

Tensile strength

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

-3 -2 -1 0 1Horizontal stress (kPa)

Posi

tion

(cm

) .

0 hour 100 hours300 hours 624 hours

b)

experiment

Evolution of horizontal stress at different depths and times (drying at hr = 75%)


0

100

200

300

400

500

600

700

800

-8 -6 -4 -2 0

Horizontal Stress (kPa)

Suct

ion

(kPa

)

Sli 1.0

Sli 0.9

Sli 0.8

Tensionstrength

Tensile strength

Sli 0.9

Sli 0.8

Sli 1.0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-8 -6 -4 -2 0


Suct

ion

(kPa

)

Sli 1.0

Sli 0.9

Sli 0.8

Tensionstrength

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-8 -6 -4 -2 0


Suct

ion

(kPa

)

Sli 1.0

Sli 0.9

Sli 0.8

Tensionstrength

Tensile strength

Sli 0.9

Sli 0.8

Sli 1.0

Tensile strength

Sli 0.9

Sli 0.8

Sli 1.0

Tensile strength and drying process for samples with different initial degrees of saturation

La formación de las grietas ocurre a un grado de saturación muy alto (usualmentemayor del 80%) Retracción importante


Figure 1. Cracking pattern for different sample

thickness (circular groove) A: 4 mm; B: 8 mm; C: 16 mm

Figure 2. Cracking pattern for different contact

surfaces (8 mm thick sample) A: Smooth; B: Circular grooves; C: Square grid

Figure 1. Cracking pattern for different sample

thickness (circular groove) A: 4 mm; B: 8 mm; C: 16 mm

Figure 2. Cracking pattern for different contact

surfaces (8 mm thick sample) A: Smooth; B: Circular grooves; C: Square grid

Clayey silt: 60% passing No.200 sieve, wL = 32%, PI = 16%, wo = 24.5%

Trays with different surfaces:A: smooth, B: circular grooves, C: grid

Lakshmikantha et al. (2006)

Size effect in the cracking of drying (crack development and propagation)

Size effect in the cracking of drying soil

Aspect ratio: 21/2

Area:1, 0.5, 0.25, 0.125 and 0.0625 m2

Appear to be energy-drivenphenomena(depend on thesize)

wo = 24.5%

Prat, Ledesma & Lakshmikantha(2007)

Specimen geometry and results from image analysis

Prat, Ledesma & Lakshmikantha (2007)

Crack network pattern was studied using an image processing software (ImageJ)

Effect of specimen size on several measurements


Fracture mechanics (size effects of ‘cracking stress’)

Average ‘cracking stress’ can be estimated using LEFM relation:

GIC: fracture energy (5 N/m), assumed a material propertyE: Young’s modulus (250 MPa)a: total length of cracks


Evaporative column for dessication monitoring

Low-rangetensiometers

Capacitive hygrometer (relative humidity)

Lakshmikantha et al. (2006)

1 2

34

Evolution of µ-cracking of clay induced by desiccation using ESEM (Ávila 2005)

Shrinkage/tensiletest geometry

Ends of specimen wedgeinto fixed grips

Constrain effects on shrinkage

Una grieta principal perpendicular al eje de tracción

Dos grietas perpendiculares

Múltiples grietas

(Ávila 2005)

molde

A

B

C

Evolution of µ-cracking induced by desiccation

Muestra húmeda, recién instalada en el molde. No se observan grietas, material uniforme, textura lisa y color brillante

Descripcion Macroscopica

depresion superficial producida por tracción

contracción lateral

contracción vertical en sección A-A

contracción axial reducción de alguna

microgrietas y aparición de otras

EtapaIntervalo

de Humedad

(%)

grumos o partículas mayores

grumos o partículas mayores

nueva microgrieta de mayor tamaño

microgrieta

matriz

Esquema Descripcion Microscopica

La arcilla pierde brillo superficial y la textura se aprecia menos uniforme. Ligera contracción longitudinal de la muestra

Rugosidad superficial por presencia de algunos grumos y por moldeado de la muestra. Micrigrietas ocasionales muy superficiales y pequeñas, de 1 a 5 micras de abertura y de 10 a 20 micras de longitud.

Se notan más resaltados los granos mayores respecto a la matriz (mayor rugosidad). Aparecen nuevas microgrietas con diferentes orientaciones bordeando a las partículas mayores. Las microgrietas predominantes son de 5 a 20 micras de abertura y de 20 a 100 micras de longitud. Se notan depresiones superficiales en la dirección de la tracción.

El color se hace opaco, la textura es similar a la etapa anterior, evidente contracción volumétrica aunque restringida por el molde y separación en algunos sitios de la muestra respecto a las paredes del molde.

Microgrietas en las esquinas internas de la muestra, incremento de tamaño y coalescencia de algunas de ellas y reducción de otras. Clara separación entre la muestra y el molde en algunos tramos. Abertura de microgrietas entre 20 y 30 micras y longitud entre 300 y 500 micras.

Propagación rápida del agrietamiento en sentido transversal de la muestra. en general sólo se presenta una grieta principal. La muestra se nota relativamente seca.

Se distinguen tres etapas:A. Se inicia prolongación y coalescencia de microgrietas.B. La grieta principal se prolonga totalmente en sentido transversal en un tiempo muy corto (10 a 20 segundos). Las grietas adyacentes tienden a cerrarse.C. Aumenta la apertura de grieta, después de unos minutos aparecen grietas secundarias y luego se estabiliza el proceso.

Intervalo de

Succión (kPa)

(Ávila 2005)

Permeabilidad al agua. Influencia de las grietas de retracción

Grain size sorting effect resultant from discharge of low density tailing slurries (10-20 wt% solids) from perimeter dam

Al et al. (1994)

Permeabilidad al agua. Residuos de la industria del níquel

b)

1.E-14

1.E-13

1.E-12

1.E-11

1.E-10

0.4 0.6 0.8 1Grado de saturación

k nos

at (m

/s)

Mod. Van GenuchtenPrimer secadoMojadoSegundo secado

e=1.70

e=1.56B

Rodríguez (2002)

a)1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.0 2.0 3.0 4.0Indice de poros

k sat

(m

/s)

A

Índice de poros (e)

100 mm

120 mm

Preparación de muestras simulando vertido y secado in situ

2- Se depositó en un recipiente y se dejó secar hasta que se formó la primera grieta. Se estabilizó el peso

3- Se depositó una nueva capa y se siguió el mismo proceso

4- Se tallaron las muestras para realizar los ensayos de permeabilidadal agua

1- Se preparó una mezcla sólido-líquido en proporción similar a la del vertido

Preparación de probetas

I Muestra continua II Muestra en capas de h=10 mm

III Muestra en capas de h=20 mm IV Muestra en capas de h=40 mm

I II III IVRodríguez (2002)

Hipótesis del mecanismo de formación de caminos de flujo preferencial

Grieta

Volumen libre

Grieta

Vertido inicia primera capaMuestra saturada

Primer secado capaEvaporación, retracción y agrietamiento

Vertido de la segunda capa Sellado de la grieta

Primer secado capa Evaporación, retracción y agrietamiento

RetracciónRodríguez (2002)

Permeabilidad de muestras continua y en capasA

1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.E-05

0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66Porosidad

k (m

/s)

Las grietas de retracción incrementan el valor de la permeabilidad al agua entre uno y dos órdenes de magnitud

Rodríguez (2002)

continua

capas de h = 20 mm

capas de h = 40 mm

capas de h = 10 mm

Tensiómetro

Filtros

Bombilla

Célula de carga

TDR

Higrómetros

Elec

trová

lvul

a

Salida del agua

Sens

or e

lctro

válv

ula

Piezómetro

Ordenador

Depósito de agua

Columna de evaporación / infiltración (Rodríguez 2002)

Columna de evaporación / infiltración (Rodríguez 2002)

Electromagnetic wavetravel time

dielectric constant+ law

volumetric water content θTDR probes

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70Tiempo (días)

Peso

(kg)

Cap

a 1

Cap

a 2

Cap

a 3

Cap

a 4

Cap

a 5 Cap

a 6

Cap

a 7

Cap

a 8

Cap

a 9

Cap

a 10 Cap

a 11

Peso de la columna vacía

A = 638 cm2

25 mm por capa

Formación de la columna por capas (Rodríguez 2002)

Agrietamiento (capas de residuos)

Capas 1-2 Capas 2-3

Rodríguez (2002)

Saturación de la columna

30

35

40

45

50

1 10 100 1000

Tiempo (minutos)

Peso

(kg)

Célula de carga

Peso antes de iniciar el proceso de saturación

Llenado de los macroporos (fisuras)

Agua en la superficie de la muestra

Llenado de los poros pequeños

Rodríguez (2002)

Permeabilidad al agua

1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.E-05

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80Porosidad

k (m

/s)

Muestra continua ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mmMuestra continua ensayo a carga constante: altura total 50 mm y diámetro 50 mmMuestra en capas agrietadas h=10 mm ensayada en cámara triaxial: altura total 120 mm y díámetro 100 mmMuestras en capas agrietadas h=20 mm ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mmMuestra en capas agrietadas h=40 mm ensayada en cámara triaxial: altura total =120 mm y diámetro 100 mmColumna gran diámetro en capas agrietadas altura media por capa 25 mm: altura total 315 mm y diámetro 285 mm

Rodríguez (2002)

Ensayo de flujo y transporte con fluoresceína sódica columna agrietada

Rodríguez (2002)

Evaporation of water from saline tailings induces the accumulation of salts at the surface (thin salt crusts < 5 mm)

Salty crust formation. Hard layers found in tailing waste (Cueva de la Mora, Huelva, SW Spain)

Blanco (2007)

Piece of hardpan extracted from oxidized upper tailings

Sulphated upper crust in pyritic tailings

Mock-up test (Evaporation columns). Ground-atmosphere interactions

25.0 cm

14.4 cm

25

20

15

10

5

00 0.1 0.2 0.3

Humidity

25

20

15

10

5

034 36 38 40 42 44 46 48 50

TemperatureT, RH = 40%

25

20

15

10

5

01 10 100 1000

conc. (g/kg)

c0 = 7 g/kg (aqueous concentration): NaCl,MgSO4.7H2O

(Massana et al. 2005)

sandysilt

Temp., T (ºC)

wo = 0.22

high concentration

low concentration

diffu

sion

ofso

lute

s

evaporation

Changes of geochemical variables due to solvent evaporation

hydraulic + osmotic flow

Chemo-mechanical interaction:Shrinkage and cracking due to water loss and increase in aqueous concentration

balance

Instrumentation layout of a pyritic tailing (Monte Romero tailing-dams, SW Spain)

In situ instrumentation for the study of atmospheric – tailing waste interactions

Blanco (2007)

ThermistorPT100108CAMPBELL4

ThermistorPT100HMP230VAISALA2

Temperature

Pressure transductorPDCR1830DRUCK3Water pressure

Tensiometer with pressure

transductorSMS2500SSDEC 3Matric suction

EM. FDECH2O DECAGON4

EM. TD Transmision Line

Oscillator. CS615 CAMPBELL2Volumetric

water content

Capacitive hygrometerMP100A CAMPBELL2

Capacitive hygrometerHMP230VAISALA 2

Relative Humidity

CharacteristicsModelBrandUnitsVariable measured

Sensors for monitoring w/c related variables. ‘La Mora’ Autonomous Station

EM: electromagnetic sensor

TD: time domain

FD: frequency domain

Blanco (2007)

Blanco (2007)


Relative humidity capacitive hygrometer

TDR and FD (capacitance) volumetric w/c sensors

Low-range tensiometers

Blanco (2007)

C: TDR sensorV: relative humidity sensorE: FDR sensor T: thermistor


Blanco (2007)


Event of water infiltration during rainfalls at January 27th-28th 2004 Apparent soil water volumetric content VWC* were deduced applying standard low electrical conductivity calibrations

Monitoring the hydrologic balance of unsaturated soils in the area of Mestre and Marghera (VE, Italy)

#S

Mestre

Marghera

Venezia

Sheet piling over a wide area in Marghera and Mestre, presently hydraulically connected to the lagoon, is under constructionIn order not to change dramatically the subsurface hydraulic circulation (from NW to SE), pumping wells are being designed to compensate the natural discharge into the lagoonThe local recharge in the superficial unsaturated soils must be evaluated

Caruso, Jommi & Venturini (2007)

Frequency domain sensor installation


Fixed installation: data logger with remote data transmission via GPRS

• Maximum depth: z = – 4.5 m

• Calibration of the instrument

for salinity

Problems with classical TDR sensors:- Limited installation depth (-1.5 m)- High sensitivity of the reading to the chemical composition of water

Frequency domain sensor installation


one probe was left in air to verify shift with time

Variation of the degree of saturation with time at fixed depths

0.4

0.6

0.8

1gr

ado

di s

atur

azio

ne

0

10

20

30

40

inte

nsita

' di

pio g

gia

(mm

/h)

0.4

0.6

0.8

1

grad

o di

sat

uraz

ione

0

10

20

30

40

inte

nsita

' di

piog

gia

(mm

/h)

0.4

0.6

0.8

1

grad

o di

sat

uraz

ione

0

10

20

30

40

inte

nsita

' di

pio g

gia

(mm

/h)

01/07/06 01/08/06 01/09/06 01/10/06 01/11/06 01/12/060.4

0.6

0.8

1

grad

o di

sat

uraz

ione

0

10

20

30

40

inte

nsita

' di

pio g

gia

(mm

/h)

Probe VF2_1: z = -0.10 m da p.c.




satu

ratio

n de

gree

satu

ratio

n de

gree

satu

ratio

n de

gree

satu

ratio

n de

gree

rain

inte

nsity

(m

m/h

)ra

in in

tens

ity

(mm

/h)

rain

inte

nsity

(m

m/h

)ra

in in

tens

ity

(mm

/h)


Confronto misureP01P02P03P04VF1

0.6 0.7 0.8 0.9 1Sr

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

prof

ondi

tà (m

)

29/03/06 10.40

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Sr

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

prof

ondi

tà (m

)

21/06/06 15.48

dept

h (c

m)

saturation degree saturation degree

dept

h (c

m)

Repeatability of the experimental data


0.2

0.4

0.6

0.8

1

grad

o di

satu

razi

one

0.2

0.4

0.6

0.8

1

grad

o di

satu

razi

one

01/08/06 01/09/06 01/10/060.2

0.4

0.6

0.8

1

grad

o di

satu

razi

one




Simulazione numericaMisura sperimentale

Satu

ratio

nde

gree

Satu

ratio

nde

gree

Satu

ratio

nde

gree

Numerical simulationExperimental

Calibration of the 1-D numerical model: August-September 2006(most significant rainfall events and highest evaporation rate)

CODE_BRIGHT (Olivella et al., 1995) was used to consider liquid / vapour transfer taking into account relative humidity and temperature variations


periodo di calibrazione

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Sr

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Sr

01/02/06 01/03/06 01/04/06 01/05/06 01/06/06 01/07/06 01/08/06 01/09/06 01/10/06 01/11/06 01/12/060.2

0.4

0.6

0.8

1

Sr




Simulazione numericaMisura sperimentaleNumerical simulationExperimental

Capability of the numerical model


Resumen

• Se han presentado algunas consecuencias de la evaporación (retracción, agrietamiento)

• Fenómenos de retracción (aspectos generales, irreversibilidad, acumulación con ciclo de secado / humedecimiento)

• Grietas de retracción (resistencia a la tracción, iniciación, efectos de tamaño, consecuencias sobre la permeabilidad al agua)

• Montajes experimentales en laboratorio e in situ para estudiar el efecto de la interacción con la atmósfera

geotécnia e ingeniería sísmica aplicadas a la minería · enrique romero director del...

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