SLUMP TEST PARA DETERMINAR ESFUERZO DE ......Ensayo de Paletas Slump Test Fórmulas experimentales Conclusiones 𝑇 = 𝐷𝑣 3 2 : 𝐻 𝐷𝑣 + 1 3 ;𝜏𝑦 TIEMPO DE CONSOLIDACIÓN

SLUMP TEST PARA DETERMINAR ESFUERZO DE

FLUENCIA EN RELAVES

Memoria de titulación presentada por:

HENRY ELIAB TORO GONZÁLEZ

Como requisito parcial para optar al título de:

INGENIERO CIVIL

Profesor Guía:

GONZALO HERNÁN SUAZO FUENTEALBA

Universidad Técnica Federico Santa María

Departamento de Obras Civiles

2 5 / A G O S T O / 2 0 2 0 , VA L P A R A Í S O , C H I L E

MOTIVACIÓN

MotivaciónEsfuerzo de

fluenciaObjetivos

Relaves

estudiadosEnsayo de Paletas Slump Test

Fórmulas

experimentalesConclusiones

25-08-2020 S L U M P T E S T P A R A D E T E R M I N A R E S F U E R Z O D E F L U E N C I A E N R E L AV E S 2

ecologiaverde.com

elmostrador.cl

Consistencia

▪ Minimización de recursos hídricos

▪ Disminución de fallas en el transporte y

depositación

▪ Baja infiltración en el subsuelo

▪ Baja susceptibilidad a la licuefacciónmch.cl

Relaves espesadosREOLOGÍA

Esfuerzo de fluencia (Yield Stress)

Deformación

Flujo

(Landriault, 2002)


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


Analizar el uso del “Slump test” como herramienta para determinar el

esfuerzo de fluencia en relaves, estableciendo una comparación con métodos

de medición sofisticados como reómetros.

▪ Curva “Esfuerzo de fluencia versus

Concentración de sólidos” en reómetro.

Variando en el Slump test:

▪ Fórmula

▪ Tamaño del Molde

▪ Velocidad de elevación del molde.

OBJETIVOS



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


→ Gestión

→ Tiempo invertido

→ Costos

→ Instrumentación

→ Capacidad del operador

→ Frecuencia de mediciones

¿POR QUÉ COMPARAR ESTOS

ENSAYOS?

COBRE 1 COBRE 2 COBRE 3 HIERRO ORO

Relave Gs [-] Clasificación ASTM LL% LP% IP%

Cobre 1 2,75 ML - - NP

Cobre 2 2,83 SM - - NP

Cobre 3 3,08 SM - - NP

Hierro 3,02 CL 30,9 17,45 13

Oro 2,84 MH 65,03 37,3 280

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1

Porc

enta

je P

asa

nte

[%

]

Diámetro [mm]

Curva Granulométrica

Cobre 1 Cobre 2 Cobre 3 Hierro Oro

RELAVES ESTUDIADOS



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


ENSAYO DE PALETAS

𝑇𝑚 =𝜋 𝐷𝑣

3

2(𝐻

𝐷𝑣+1

3) 𝜏𝑦

Nguyen & Boger (1983)


▪ H/Dv < 3.5

▪ Dt/Dv > 2.0

▪ Z1/Dv > 1.0

▪ Z2/Dv > 0.5


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


- Secado del material y enfriado del material.

- Se mide la cantidad de masa del material y de agua.

- La mezcla se vierte en el homogeneizador.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

- Se selecciona el husillo en el programa Rehocal

- Se define la velocidad de corte: 0,1[rpm].

- Se define duración del ensayo: 150 - 250 [s].

PREPARACIÓN DEL REÓMETRO

- Se vierte la muestra en el vaso precipitado.

- Se coloca en el reómetro.

- Se inicia el giro del reómetro y se extraen valores.

PROCEDIMIENTO

ENSAYO DE PALETAS



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


RelaveTiempo de consolidación

Esfuerzo de fluencia v/s

Concentración de sólidos

N° de CS% N° de Ensayos N° de CS% N° de Ensayos

Cobre 1 2 16 7 21

Cobre 2 - - 6 18

Cobre 3 - - 6 18

Hierro - - 7 21

Oro 2 8 6 18

ENSAYO DE PALETAS


DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO DE FLUENCIA


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


RESULTADOS DEL ENSAYO DE PALETAS

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 25 50 75 100 125 150

To

rqu

e [N

·m·1

0-4

]

Tiempo [s]

Torque v/s Tiempo

Cobre 1 CS 75%

V-73

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 25 50 75 100 125 150

To

rqu

e [N

·m·1

0-4

]

Tiempo [s]

Torque v/s Tiempo

Cobre 2 CS 77,5%

V-74

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 25 50 75 100 125 150

To

rqu

e [N

·m·1

0-4

]

Tiempo [s]

Torque v/s Tiempo

Cobre 3 CS 75%

V-74

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 25 50 75 100 125 150

To

rqu

e [N

·m·1

0-4

]

Tiempo [s]

Torque v/s Tiempo

Hierro CS 65%

V-74

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 25 50 75 100 125 150To

rqu

e [N

·m·1

0-4

]

Tiempo [s]

Torque v/s Tiempo

Oro CS 52,5%

V-74

ENSAYO DE PALETAS


Gawu & Fourie (2004)


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


𝑇𝑚 =𝜋 𝐷𝑣

3

2(𝐻

𝐷𝑣+1

3) 𝜏𝑦

TIEMPO DE CONSOLIDACIÓN

0

20

40

60

80

100

0 15 30 45 60

τy

[Pa]

Tiempo [min]

τy v/s Tiempo de consolidación

Cobre 1 CS 67,5% Cobre 1 CS 72,5% Oro CS 42,5% Oro CS 45%

ENSAYO DE PALETAS



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


0

150

300

450

600

750

900

0 5 10 15 20 25 30

τy

[Pa

]

Tiempo [hrs]

τy v/s Tiempo de consolidación

Cobre 1 CS 67,5% Cobre 1 CS 72,5%

Mezclas a 60 min de tiempo de consolidación

𝜏𝑦 = 𝒂𝟎 · 𝒆𝒃·𝑪𝑺%

0

100

200

300

400

500

600

700

τy

[Pa

]

CS %

Esfuerzo de fluencia v/s Concentración de sólidos

Cobre 1

τy Paletas Aproximación exponencial

y = 1,3318e0,1607x

R2=0,973

0

50

100

150

200

250

300

350

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 2


y = 6,7122e0,1198x

R2=0,9485

0

100

200

300

400

500

600

700

τy

[Pa]

CS %


Cobre 3


y = 2,4334e0,1782x

R2=0,9889

0

50

100

150

200

250

300

τy

[Pa]

CS %


Hierro


y = 5,3013e0,1126x

R2=0,9991

0

50

100

150

200

250

τy

[Pa

]

CS %


Relaves en estudio

Cobre 1 Cobre 2 Cobre 3 Hierro Oro

0

50

100

150

200

250

300

350

τy

[Pa

]

CS %


Oro


y = 3,7385e0,1558x

R2=0,9854

ENSAYO DE PALETAS

ESFUERZO DE FLUENCIA



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


▪ FÓRMULA

▪ TAMAÑO DEL MOLDE

▪ VELOCIDAD DE ELEVACIÓN

SLUMP TEST



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


▪ Kokado et al.:

𝜏𝑦 =225 ∗ 𝜌 ∗ 𝑉2

4 ∗ 𝜋 ∗ 𝐷5

▪ Pashias et al.:

𝑠′ = 1 − 2 ∗ 𝜏𝑦′[1 − ln(2 ∗ 𝜏𝑦′)]

▪ Roussel et al.:

𝑠′ = 1 − 3 ∗ 𝜏𝑦′[1 − ln( 3 ∗ 𝜏𝑦′)]

SLUMP TEST

FÓRMULAS


𝑠′ = ൗ𝑠 𝐻

𝜏𝑦′ = ൘𝜏𝑦

𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


SLUMP TEST

APARATOS CREADOS



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


- Secado del material y enfriado del material.

- Se mide la cantidad de masa del material y de agua.

- La mezcla se vierte en el homogeneizador.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

- Nivelar la mesa.

- Nivelar el mecanismo elevador.

- Calibrar el mecanismo elevador.

PREPARACIÓN DE LA MESA Y MECANISMO

- Fijar el cilindro.

- Colocar la muestra dentro del cilindro y quitar el exceso de material.

- Se eleva el molde.

- Se registra la altura del material caído.

- Registrar el diámetro de la muestra esparcida.

- Al terminar las mediciones, se debe limpiar el cilindro y la mesa con la pluma limpiavidrios.

PROCEDIMIENTO

SLUMP TEST



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


SLUMP TEST


N° ensayos con distinto

tamaño del cilindroN° ensayos a velocidad controlada

Relave D110 D75 0,01 [cm/s] 0,1 [cm/s] 1 [cm/s] 2,5 [cm/s] 5 [cm/s]

Cobre 1 12 12 12 12 12 12 12

Cobre 2 9 9 3 3 3 3 12

Cobre 3 - - 3 3 3 3 12

Hierro - - 3 3 3 3 18

Oro - - 9 9 9 9 15

SLUMP TEST REALIZADOS


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


COBRE 1

Cilindro D110 0

20

40

60

80

100

120

140

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 1

τy Paletas Kokado D110 Pashias D110 Roussel D110

Cilindro D110

Relave Cs [%] ρ[kg/m3] ഥ𝐃 [cm] ҧ𝐡 [cm] ҧ𝐬 [cm]τy Kokado

[Pa]

τy Pashias

[Pa]

τy Roussel

[Pa]

Cobre 1

70 1803,3 52,6 0,65 9,85 2,1 10,4 12,1

72,5 1856,5 40,5 1,14 9,36 7,9 21,4 24,7

75 1913,0 36,7 1,37 9,13 13,2 27,9 32,3

77,5 1973,1 24,0 4,04 6,46 116,7 125,6 144,9

COBRE 1

Cilindro D75

Cilindro D75

Relave Cs [%] ρ[kg/m3] ഥ𝐃 [cm] ҧ𝐡 [cm] ҧ𝐬 [cm]τy Kokado

[Pa]

τy Pashias

[Pa]

τy Roussel

[Pa]

Cobre 1

70 1803,3 29,7 0,65 6,45 3,4 11,5 13,2

72,5 1856,5 26,0 0,88 6,22 6,8 17,2 19,9

75 1913,0 22,2 1,13 5,97 15,5 24,3 27,9

77,5 1973,1 12,8 3,59 3,51 257,1 129,3 149,5

0

20

40

60

80

100

120

140

τy

[Pa]

CS %

Esfuezo de fluencia v/s Concentracion de sólidos

Cobre 1

τy Paletas Kokado D75 Pashias D75 Roussel D75

SLUMP TEST


y = 1,9472e0,154x

R² = 0,9104

0

20

40

60

80

100

120

140

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 1

τy Paletas Pashias D110

Roussel D110 Exponencial (Roussel D110)

y = 1,9331e0,152x

R² = 0,8523

0

20

40

60

80

100

120

140

τy

[Pa]

CS %

Esfuezo de fluencia v/s Concentracion de sólidos

Cobre 1

τy Paletas Pashias D75 Roussel D75 Exponencial (Roussel D75)


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


TAMAÑO DEL MOLDE

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

s [c

m]

Velevación [cm/s]

Altura de caída v/s velocidad de elevación

Relaves en estudio

Cobre 1 CS 77,5% Cobre 2 CS 75% Cobre 3 CS 72,5%

Hierro CS 62,5% Oro CS 50%

18

20

22

24

26

28

30

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

D [

cm]

Velevación [cm/s]

Expansión del diámetro v/s velocidad de elevación

Relaves en estudio

Cobre 1 CS 77,5% Cobre 2 CS 75% Cobre 3 CS 72,5%

Hierro CS 62,5% Oro CS 50%

SLUMP TEST

VELOCIDAD DE ELEVACIÓN DEL MOLDE



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


▪ Parámetro de medición

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

τy

[Pa]

Velevación [cm/s]


Kokado et al.

Cobre 1 CS 77,5% Cobre 2 CS 75%Cobre 3 CS 72,5% Hierro CS 62,5%Oro CS 50%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

τy

[Pa

]

Velevación [cm/s]


Pashias et al.


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

τy

[Pa

]

Velevación [cm/s]


Roussel et al.


SLUMP TEST



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas



▪ Fórmula aplicada

0

50

100

150

200

250

300

350

400

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 1

τy Paletas Kokado

0

50

100

150

200

250

300

350

400

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 1

τy Paletas Pashias

0

50

100

150

200

250

300

350

400

τy

[Pa

]

CS %


Cobre 1

τy Paletas Roussel

SLUMP TEST



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas



▪ Fórmula de Slump test y ensayo de paletas

Relave Cs[%] ρ[kg/m3] 𝐷 [cm] 𝐷’[ ] 𝑠 [cm] 𝑠’[ ] ത𝛕𝒚 Paletas [Pa] ത𝛕′𝒚 Paletas [ ]

Cobre 1

72,5 1856,5 43,0 4,09 9,53 0,907 16,2 0,008

75 1913,0 35,7 3,40 8,69 0,828 28,4 0,014

77,5 1973,1 23,8 2,26 6,63 0,631 80,8 0,040

80 2037,0 13,5 1,29 6,32 0,602 161,9 0,077

Cobre 2

70 1827,0 52,5 5,00 9,81 0,934 24,3 0,013

72,5 1882,6 43,3 4,12 9,42 0,897 29,8 0,015

75 1941,7 26,3 2,50 8,11 0,772 70,7 0,035

77,5 2004,6 12,5 1,19 4,45 0,424 176,0 0,085

Cobre 3

67,5 1837,7 49,7 4,73 9,87 0,940 15,2 0,008

70 1896,6 44,2 4,21 8,53 0,812 29,7 0,015

72,5 1959,3 27,5 2,61 7,88 0,750 71,4 0,035

75 2026,3 11,5 1,10 4,20 0,400 191,3 0,092

Hierro

55 1582,0 51,9 4,94 9,82 0,935 9,7 0,006

57,5 1625,0 49,3 4,70 9,63 0,917 15,3 0,009

60 1670,4 35,2 3,35 9,26 0,882 28,9 0,017

62,5 1718,3 28,2 2,69 8,23 0,784 51,2 0,029

65 1769,2 26,9 2,56 8,17 0,778 87,8 0,048

67,5 1823,1 15,7 1,50 4,46 0,425 160,3 0,085

Oro

42,5 1380,0 37,0 3,52 9,58 0,913 8,2 0,006

45 1411,5 36,0 3,43 9,41 0,896 23,1 0,016

47,5 1444,6 24,4 2,32 7,80 0,743 55,0 0,037

50 1479,2 27,4 2,61 7,30 0,695 86,2 0,057

52,5 1515,5 14,3 1,36 3,71 0,353 209,5 0,134

FÓRMULAS EXPERIMENTALES

DATOS EXPERIMENTALES


𝑠′ = ൗ𝑠 𝐻

𝜏𝑦′ = ൘𝜏𝑦

𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻

𝑠 = 𝑓(𝜏𝑦 )

𝑠′ = 𝑓(𝜏𝑦′ )


fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


y = -1,228ln(x) - 1,482

R2 = 0,8504

0

2

4

6

8

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

D'

[ ]

τ'y [ ]

Curva de tendencia de expansión del diámetro en Slump test

Relaves en estudio

Cobre 1 Cobre 2Cobre 3 HierroOro Tendencia

Propia (D) → 𝝉′𝒚= 𝑒− (

𝑫′+1,482

1,228)

Fórmula válida para el Slump test con molde de relación diámetro/largo 1:1, tiempo de consolidación máximo 1 minuto,

y velocidad de elevación del molde aproximadamente de 5 [cm/s]. 1,1 < 𝐷′ < 5 ; 0,353 < 𝑠′ < 0,940 ; 0,006 < 𝝉′𝑦 < 0,134.

y = 0,9939e-8,401x

R2 = 0,922

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

s'[

]

τ'y [ ]

Curva de tendencia de alturas de caída en Slump test

Relaves estudiados

Cobre 1 Cobre 2 Cobre 3Hierro Oro Tendencia

Propia (s) → 𝝉′𝒚= −𝑙𝑛( ൗ𝒔′ 0,9939)

8,401




fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


0

2

4

6

8

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

D'

[ ]

τ'y [ ]

Curva de tendencia de expansión del diámetro en Slump test

Relaves en estudio

Datos experimentales Kokado Propia (D)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140

s'[

]

τ'y [ ]

Curva de tendencia de alturas de caída en Slump test

Relaves estudiados

Datos experimentales Propia (s)

Teórica Pashias Teórica Roussel

τy Propia (D) [Pa] τy Propia (s) [Pa] τy Kokado [Pa] τy Pashias [Pa] τy Roussel [Pa]

Diferencia absoluta promedio 18,2 14,3 489,4 18,5 24,3

Diferencia absoluta máxima 64,6 36,5 4464,8 71,7 112,4




fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


Material adherido al cilindro [%]Velevación

[cm/s]CS 47,5 [%] CS 50 [%] CS 52,5 [%]

0,01 9,7 6,2 13,2

0,1 8,7 5,9 14,6

1 8,1 5,2 14,3

2,5 5,7 4,6 13,8

5 5,2 3,9 7,7

▪ Primera investigación del Slump test convelocidad de elevación controlada en laboratorio.

▪ Evaluación de las herramientas mecánicas ymetodológicas desarrolladas.

▪ Incorporación de efectos y variables noconsideradas en investigaciones anteriores (tiempode consolidación, fuga de agua y material adheridoal cilindro).

▪ La fórmula propia adimensional (s), reduce un 21%el error promedio de la fórmula teórica con mejordesempeño.

▪ Implementación para el uso con frecuencia requerida.

▪ Líneas investigativas futuras.

CONCLUSIONES



fluenciaObjetivos

Relaves


Fórmulas


GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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SLUMP TEST PARA DETERMINAR ESFUERZO DE ......Ensayo de Paletas Slump Test Fórmulas experimentales Conclusiones 𝑇 = 𝐷𝑣 3 2 : 𝐻 𝐷𝑣 + 1 3 ;𝜏𝑦 TIEMPO DE CONSOLIDACIÓN