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ESTUDIO DEL EFECTO ENVEJECIMIENTO Y DE LA APLICACIÓN DE ASOCIACIONES NATIVAS DE

MICROORGANISMOS PARA MEJORAR LAS PROPIEDADES FÍSICO MECANICAS DE LAS

ARENAS DE RELAVE

ESTUDIO DEL EFECTO ENVEJECIMIENTO Y DE LA APLICACIÓN DE ASOCIACIONES NATIVAS DE

MICROORGANISMOS PARA MEJORAR LAS PROPIEDADES FÍSICO MECANICAS DE LAS

ARENAS DE RELAVE

Dr. Ing. JUAN H. PALMA GJUAN H. PALMA G..

Valparaíso, 22 de Abril de 2005

“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A C O N I N S T I T U C I O N E S E X T R A N J E R A S “

Hipótesis de trabajo

Si se mejoran las propiedades físico mecánicas de las arenas de relave, inoculando asociaciones de microorganismos, es posible proyectar una mejora en la estabilidad global de un tranque de relave y aminorar o eliminar los efectos de la erosión eólica .

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Objetivos Generales

Identificar asociaciones de microorganismos que aceleren la mejora de las propiedades físicas y mecánicas de las arenas de un tranque de relave, para aumentar su estabilidad global y cuantificar el “efecto envejecimiento” de las arenas que conforman el muro resistente aplicando ensayos de penetración.

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Objetivos Específicos

Establecer una relación empírica entre los resultados obtenidos desde los ensayos clásicos de penetración dinámica aplicados en el control de tranques de la pequeña y mediana minería en nuestro país, y los obtenidos a través de la aplicación de la metodología PANDA, ajustándola para la obtención de los parámetros físico-mecánicos en las arenas de relaves, para cuantificar el “efecto de envejecimiento”.

Cuantificar la estabilidad global de tranques de relave de la mediana minería, empleando los valores de parámetros obtenidos por medio del equipo PANDA.

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Objetivos específicos

Aislar y caracterizar microorganismos nativos a partir de muestras de tranques de relave.

Seleccionar cepas bacterianas productoras de sustancias poliméricas extracelulares y/o calcificantes y microfauna nativa con propiedades dispersivas y facilitadoras de calcificación, para establecer y propagar asociaciones bacteria – microfauna nativas.

Cuantificar la evolución de las propiedades físico-mecánicas de las arenas de relave con presencia de asociaciones de microorganismos seleccionados mediante ensayos de laboratorio (corte directo, triaxial, consolidación y permeabilidad), para evaluar la estabilidad global de un tranque de arenas de relave.

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Cooperación con instituciones extranjeras

• Sol Solution, Francia

• Universidad Blaise Pascal, Clermont – Ferrand, Francia.

• Consejo Superior de Investigaciones Científicas, CSIC España

• Grupo acciona, NECSO, España.

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Importancia de resolver el problema

La aplicación y validación del penetrómetro dinámico PANDA en tranques de relave de la mediana y pequeña minería del cobre, permitirá evaluar su estabilidad de manera rápida y adecuada a los recursos económicos disponibles. Está evaluación permitirá determinar el grado de seguridad de este tipo de estructuras, y aplicar las medidas correctivas necesarias, para alcanzar el nivel de estabilidad requerido por la normativa vigente.

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Importancia de resolver el problema

Proponer una nueva alternativa ambientalmente amigable, a través del uso de asociaciones de microorganismos nativos que permitan mejorar las propiedades mecánicas de las arenas de relaves, mitigando la contaminación generada por la acción eólica y aumentado la estabilidad global de la estructura en su fase de operación y abandono.

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Materiales y métodos

Caracterización del área en estudio∅ Caracterización geotécnica del material de relleno– Caracterización de microorganismos (bacterias y

nemátodos)– Determinación de sustancias poliméricas extracelulares– Determinación de producción de cristales de calcita– Cultivo de asociaciones de microorganismos∅ Ensayos de penetración dinámica∅ Ensayos de penetración dinámica PANDA

Tabulación y Análisis de los resultados obtenidosAnálisis geotécnicos de las muestras de arenas inoculadas con microorganismos

∅ Análisis de la estabilidad de taludes∅ Análisis del potencial de licuefacción

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Resultados obtenidos línea geotecnia 1º año de proyecto

Aplicaciones de microorganismos para la solución de problemas geotécnicos.

Tecnología Efecto Aplicación

Bioestabilización Incremento de los parámetros resistentes (c, ∅)

- Mejora en la estabilidad de taludes- Disminución del potencial de licuefacción- Control de erosión (hídrica y eólica)- Incremento de la capacidad portante

(bases y sub bases)

Bioinduración Disminución de porosidad (permeabilidad)

- Conservación de monumentos de piedra- Generación de barreras impermeables- Desarrollo de técnicas de tratamiento para

el control y manejo de suelos expansivos

Biocontrol Reemplazo de organismos (nocivos) en el suelo por otros (benignos)

- Disminución de la agresividad del suelo

Biorremediación Aplicación de microorganismos con capacidad degradativa de contaminantes de suelos y agua.

- Descontaminación de suelos (hidrocarburos, metales pesados, entre otros)

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Resultados obtenidos línea geotecnia 1º año de proyecto

Ventajas Mayor profundidad de tratamientoMayor rango de humedad a tolerarMayor tolerancia a condiciones tóxicas

Limitaciones Dificultad en la introducción y consolidación de microorganismos.Inciertas políticas regulatorias y prohibitorias.

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Resultados obtenidos línea geotecnia 1º año de proyecto

∅ Aplicación del penetrómetro dinámico PANDA en tranques de relave.

Ensayo de penetracióndinámico tradicional.

Ensayo de penetracióndinámica PANDA

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Características de las arenas tranque N°3 Planta M.A. Matta.

Tamiz Peso Retenido % Retenido % Pasa

Nº 10 0 0 100

Nº 40 4,2 1,1 99

N° 200 258,2 64,6 34

Granulometría

Caracterización Caracterización e identificación mineralógicaMaterial pasa malla N°200 ASTM (%) 25

D50 (mm) 0,100

D10 (mm) 0,054

IP 0

VBS 0

Clasificación U.S.C.S. SM

Clasificación GTR B5

Densidad húmeda máx. (T/m3) 2,14

Densidad seca máx. (T/m3) 1,86

Humedad óptima (%) 15,1

95% OPN (T/m3) 1,77

Mineral Nomenclatura Química CantidadCalcopirita Cu Fe S2 Muy abundanteCalcosina Cu2 S EscasoCovelina Cu S EscasoCrisocola Cu SiO3 n H2O Trazas

Silicatos: ferromaganesianos,

cuarzo, SeritasAbundante

Carbonatos: Calcita AbundanteSulfuros de hierro: pirita Abundante

Oxidos de Hierro: Hematita, Especularita,

Magnetita, Limonitas

Gangas

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Seguimiento del efectoenvejecimiento.Ubicación ensayos de penetración

dinámica PANDA. Tranque Nº 3Planta M.A. Matta - Copiapó Envejecimiento Poste 40 A. AR

0,0

1,2

2,4

3,6

4,8

6,0

7,2

8,4

9,6

10,8

12,0

13,2

14,4

15,6

16,8

18,0

19,2

20,4

0 15 30 45 60 75 90 105

120

135

150

165

180

195

Nº de Golpes

Prof

undi

dad

(mt)

1992 1997 2000 2002

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Resultados ensayo de Penetración dinámica PANDA

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Resultados preliminares Método de estimación P-16 P-40 P-120 C 5-6 C 2-3

∅ Prom.

Promedio expresiones planteadas por (*): Peck, Hanson y Thornburn.

( )( )( )62/451225.26 Neq e −−⋅=Φ′

Khishida. ( )( ) 5.0

4515.1225.015 Neq ⋅⋅+=Φ′Japan National Railway. (JNR)

( )45185.027 Neq ⋅+=Φ′

29,9 29,4 29,8 30,4 32,5 30,0

Promedio expresiones planteadas por (*): Peck,

( )45125.05.28 Neq ⋅+=Φ′ Peck, Hanson y Thornburn.

( )( )( )62/451225.26 Neq e −−⋅=Φ′

Khishida. ( )( ) 5.0

4515.1225.015 Neq ⋅⋅+=Φ′

30,8 30,3 30,7 30,9 32,1 31,0

Skempton (1986) )log(116.17' 1Cq×+°=φ

35,2 34,4 35,4 36,0 39,4 36,0

Grupo Geotecnia (2005) º1.26)(*66.4:' +qdLnφ

32,0 31,2 32,0 32,8 35,6 33,0

(*) X Jornadas Geotécnicas de la Ingeniería Colombiana (1999)

Los resultados obtenidos respaldan la utilización del equipo de penetración PANDA para la estimación de φ’

La utilización de la relación obtenida en laboratorio presenta resultados preliminares aceptables.

La estimación de φ’ a partir de la relación qd-NSPT entrega resultados aceptables, pero se requiere una base de datos más amplia para validar los resultados preliminares.

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