Thesis:

Implementación y validación del ensayo de veleta de corte con medición de presión de poros para material de relaves saturados

A lo largo de los años cada vez se ha hecho más importante en ingeniería geotecnia determinar la resistencia al corte no-drenada en suelos saturados para lograr diseños de ingeniería civil seguros y eficientes. Dentro de los ensayos disponibles a la fecha, el ensayo de veleta de corte es el único ensayo in situ capaz de medir de manera directa la resistencia al corte no drenado. Sin embargo, el ensayo de veleta de corte tiene una limitación muy importante ya que no mide la presión de poros durante la realización del ensayo lo que dificulta la interpretación y la correcta utilización de los resultados obtenidos. Es de conocimiento en el área Geotécnica la importancia de evaluar la resistencia al corte no drenado en materiales de relave por lo que en los últimos años se ha ampliado el ensayo de veleta de corte a relaves mineros siendo permitido de manera oficial el año 2018 por la ASTM D 2573. Sin embargo, al ser materiales con mayor permeabilidad que las arcillas (suelos típicos ensayados con la veleta de corte) es que se hace imperante determinar de forma directa si el ensayo realizado tiene un comportamiento drenado, parcialmente drenado o no drenado debido a que no se mide directamente la presión de poros antes y durante el ensayo. Para superar esta limitación, es que en un trabajo precedente a esta tesis se diseñó y fabricó una veleta de corte con medición de presión de poros (VSTu). En la presente tesis se continuará con la implementación del ensayo VSTu y la validación de los resultados obtenidos, realizando ensayos manuales a materiales de relave minero saturado tanto en laboratorio mediante la confección de una probeta a escala real, como in situ realizando ensayos VSTu en el tranque de relave Ovejería ubicado en la región Metropolitana, Chile. Con los resultados obtenidos, se evaluará la resistencia al corte no drenado Peak y Residual junto a la variación de la medición de presión determinando el comportamiento de drenaje del suelo y los efectos que este genera. Para entender este comportamiento, es que se evaluará la relación entre algunos parámetros geotécnicos básicos del suelo y el efecto que estos generan en la resistencia al corte no-drenada y en la variación de la presión de poros. Así también, para comprender aún mejor el comportamiento del suelo y la presión de poros durante el ensayo, es que se propondrán dos metodologías para graficar la trayectoria de tensiones. Para validar los resultados obtenidos, se presentará una modelación numérica simplificada 2D de un ensayo de veleta monotónico VSTu en un material de relave saturado, donde se medirá la resistencia al corte no drenado, la presión de poros y la trayectoria de tensiones intentando replicar los resultados obtenidos en un ensayo de laboratorio. Por último, se presentará una propuesta de diseño para realizar el ensayo VSTu mecánico a profundidad variable para ser realizado al interior de sondajes, esto con el fin de determinar un perfil en profundidad de la resistencia al corte no-drenada y la presión de poros generada antes, durante y después del ensayo. Este equipo VSTu mecánico irá acoplado a un equipo para sondajes que tiene capacidad de giro a altas revoluciones de hasta 700 RPM lo que permitirá realizar el ensayo a diferentes velocidades de interés.

Over the years it has become increasingly important in geotechnics to determine the undrained shear strength of saturated soils in order to achieve safe and efficient civil engineering designs. Among the tests available to date, the shear vane test is the only in situ test capable of directly measuring undrained shear strength. However, the shear vane test has a very important limitation since it does not measure the pore pressure during the test, which hinders the interpretation and correct use of the results obtained. It is well known in the Geotechnical Engineering the importance of evaluating the undrained shear strength in tailings materials, so in recent years the shear vane test has been extended to mine tailings being officially allowed in 2018 by ASTM D 2573. However, being materials with higher permeability than clays (typical soils tested with the shear vane) is that it is imperative to determine directly if the test performed has a drained, partially drained or undrained behavior because the pore pressure is not directly measured before and during the test. To overcome this limitation, a shear vane with pore pressure measurement (VSTu) was designed and manufactured in a previous work to this thesis. This thesis will continue with the implementation of the VSTu test and the validation of the results obtained, performing manual tests on saturated mine tailings materials both in the laboratory by making a full-scale specimen, and in situ VSTu tests in the Ovejería tailings dam located in the Metropolitan Region, Chile. With the results obtained, the undrained Peak and Residual shear strength will be evaluated together with the variation of the pressure measurement, determining the drainage behavior of the soil and the effects that this generates. To understand this behavior, the relationship between some basic geotechnical soil parameters and the effect they have on the undrained shear strength and pore pressure variation will be evaluated. Also, in order to better understand the behavior of the soil and pore pressure during the test, two methodologies for plotting the stress path will be proposed. To validate the results obtained, a simplified 2D numerical modeling of a VSTu monotonic vane test on a saturated tailings material will be presented, where the undrained shear strength, pore pressure and stress path will be measured trying to replicate the results obtained in a laboratory test. Finally, a design proposal will be presented for a variable depth mechanical VSTu test to be performed inside drill holes, in order to determine a depth profile of the undrained shear strength and pore pressure generated before, during and after the test. This mechanical VSTu equipment will be coupled to a drilling rig that has the capacity to rotate at high revolutions of up to 700 RPM, which will allow the test to be carried out at different speeds of interest.