ARTICULOS:
A) UN ESTUDIO CUALITATIVO DE LAS CONDICIONES CRÍTICAS PARA EL INICIO DE FLUJOS DE DESECHOS MINEROS
(B) DINÁMICA DEL FLUJO DE ESCOMBROS DE GRANO GRUESO EN LECHOS EROSIONABLES*
(A) Métodos Experimentales
Configuración Experimental
La característica de los Residuos Mineros
Diseño de los experimentos de simulación
(A) Resultado del experimento y discusión
Análisis de los resultados experimentales de flujos de escombros hidráulicos
Análisis de los resultados experimentales de flujos de escombros geotécnicos
Análisis de las condiciones críticas para el inicio de flujo de escombros
La configuración consistió en un tanque de agua y un canal experimental, El canal experimental tenía 245 cm de largo, 40 cm de ancho y 25 cm de profundidad
El canal experimental se dividió en 3 secciones
Esta división se basó en
- La investigación de campo detallada del área de captación
- La distribución de los montones de desechos mineros
- La distancia de circulación
Los materiales originales para el experimentos se obtuvieron en el montón de desechos de la mina 21
En la gradación había más partículas de arcilla y partículas grandes y menos partírculas intermedias
Se tomo la medida de 1mm como valor crítico para distinguir partículas gruesas y finas
Los cambios en el contenido de partículas finas provocaron cambios en la gradación de las partículas de los desechos mineros
El mecanismo de iniciación de un flujo depende principalmente de la fuerza de arrastre de la escorrentía y de la capacidad de los desechos de la mina para resistir la erosión
Pasos de los experimentos de modelos geotécnicos
Pasos de los experimentos de modelos Hidráulicos
En este estudio se diseñaron y realizaron 30 pruebas de modelos experimentales
En este estudio se llevaron a cabo un total de 16 pruebas experimentales para explorar
- La influencia del contenido de agua de los residuos de la mina y el modo de suministro de agua en el punto crítico
- La influencia de la descarga de entrada en el inicio de los flujos de desechos de la mina
- La influencia del contenido de partículas de arcilla en el inicio de flujos de escombros de desechos mineros
- La influencia del contenido de agua de los desechos mineros en las condiciones críticas de los escombros en la iniciación del flujo
- La influencia del contenido de partículas de arcilla en las condiciones críticas para el inicio del flujo de escombros
- El mecanismo de iniciación de los flujos de desechos hidráulicos
- El mecanismo de iniciación de los flujos de escombros geotécnicos
Apreciación personal
- El estudio (A) hace un análisis cualitativo, se enfoca en los parámetros observables durante el estudio, mientras que el estudio (B) realiza un análisis de la dinámica del flujo en estudio, en este caso los desechos de grano grueso.
- El primer estudio obtiene un resultado y discución enfocado en las condiciones críticas de la iniciación del flujo de escombros, mientras que en el segundo estudio se realiza un análisis de los resultados enfocados en las características generales del flujo y los perfiles de las velocidades resultantes. Luego realiza una discución tomando en cuenta la similitud desde un punto de vista de la dinámica de los flujos, el rol de las tensiones cuasi estáticas y el enfoque de longitud de coherencia.
- En resumen podemos decir que el primer estudio se enfoca en las variables cualitativas mientras que el segundo estudio se enfoca en las variables cualitativas y cuantitativas tomando en cuenta la dinámica del flujo
(B) Materiales y métodos
Pruebas de canal
Análisis de datos
Regímenes de flujo
En el presente estudio se llevaron a cabo en un canal basculante de 10,0 m de largo, 0,2 m de ancho y 0,3 m de profundidad, con paredes de policarbonato
- Ajustar el gradiente del canal experimental
- Colocar 27 kg de material de origen en el canal
- Llenar de agua el tanque
- Abrir la válvula de compuerta del tanque de agua y poner en marcha el cronómetro.
- Cuando se inicie el movimiento de desechos de la mina cerrar la puerta y detectar el cronómetro al mismo tiempo
- Describir y registrar las características de iniciación de acumulación del flujo de escombros y tomar fotografías
- Limpiar el canal experimental y preparar el siguiente conjunto de experimentos
- Mantener el canal experimental horizontal y colocar un deflector a 80 cm del extremo superior para evitar que se pierda agua antes que inicie la prueba
- Colocar pesa de 13.5 kg de residuos mineros secos y agregar agua al recipiente y revolver.
- Apilar los desechos de la mina preparados detrás del deflector de canal experimental
- Retirar el deflector para comenzar el experimento
- Elevar gradualmente el canal y obervar las condiciones de iniciación de la fuente, cuando inicie observar la pendiente
- Describir las características de iniciación y acumulación de flujo de escombros y tomar fotografías
- Limpiar el canal experimental y preparar la siguiente prueba de acuerdo con los pasos anteriores.
La velocidad de escorrentía U0 asociada al vertido desencadenante QT se ha estimado mediante una relación.
Se han calculado dos profundidades de flujo diferentes
También se evaluó la velocidad Uf del frente de flujo de escombros, considerando la posición alcanzada por el frente en diferentes momentos como resultado de registros de video.
La concentración de sedimento de transporte (a granel) C se estimó como la media de dos muestras de material recolectadas en el extremo aguas abajo del canal durante el paso del cuerpo de flujo de escombros a descarga sólida se calculó considerando la tasa de cambio del peso medido por la galga extensométrica aplicada al gran colector permeable colocado debajo de la salida del canal
Se lograron tres regímenes de flujo: (i) flujo de escombros inmaduros, (ii) flujo de escombros maduros y (iii) flujo de escombros maduros acelerados (deslizantes).
Se alcanzaron condiciones inmaduras en pendientes más bajas (10–14° para grava y 7–8° para esferas de vidrio)
Se observaron condiciones de flujo de escombros maduros para pendientes intermedias (16–19° para grava y 9–12° para esferas de vidrio)
Las condiciones de flujo acelerado de escombros se produjeron con valores de pendiente suficientemente altos (19 para grava y 12 para esferas de vidrio).
(B) Resultados
Características generales del flujo
En condiciones de flujo de detritos maduros, para una pendiente del lecho y un material dados, se encuentra que la velocidad de flujo U en profundidad promedio aumenta con QT a una tasa mayor que la profundidad de flujo h, mientras que la concentración de sedimento en masa
Perfiles de velocidad
(B) Discusión
La alta concentración de sólidos en toda la profundidad del flujo inhibe los desplazamientos de partículas normales al lecho, como lo sugieren los valores de fuga alcanzados por el componente v de la velocidad
En la región de flujo superior, donde la distancia entre partículas aumenta, prevalecen las colisiones de partículas, lo que lleva a un perfil casi lineal
es. En general, los perfiles se caracterizan por una región superior (de espesor ~5–10 ds) que exhibe un comportamiento casi lineal, y una región inferior (de espesor ~4–7 ds) con una concavidad orientada hacia abajo, tangente a la normal a el flujo.
Por otro lado, el espesor de la capa superior donde la velocidad muestra un comportamiento casi lineal es invariablemente menor que h
Similitud dinámica
Papel de las tensiones cuasi estáticas
- Las características físicas y mecánicas de los materiales adoptados (grava triturada de 3 y 5 mm y esferas de vidrio de 3 mm)
- En el caso de la grava triturada, el ángulo de pendiente del lecho considerado en los ensayos osciló en el intervalo 10– 19
- Un tanque principal equipado con un vertedero de cresta afilada suministraba el agua dentro del canal
- El lecho de sedimentos sueltos se saturó inicialmente liberando lentamente una descarga de agua Q0
- Posteriormente, el flujo de escombros se desencadenó mediante la liberación repentina en el tanque principal de una descarga de agua preestablecida QT, varió en los rangos de 1,2 a 3,3 l/s para grava y de 1,6 a 2,3 l/s para esferas de vidrio.
- Se utilizaron dos cámaras de vídeo, trabajando a 50 fotogramas por segundo y orientadas perpendicularmente a la pared del canal.
Enfoque de longitud de coherencia
Los parámetros adimensionales tienen los mismos valores en el prototipo y en el modelo, y se supone que son geométricamente similares. Sin embargo, como ocurre a menudo también en problemas hidrodinámicos, una similitud tan completa se logra sólo para una escala de reducción geométrica relativamente pequeña y, por lo tanto, requiere modelos de escala suficientemente grandes.
En general, cinco tipos de tensiones controlan la dinámica de una mezcla de sedimento y agua [Iverson, 1997; takahashi, 2007]: las tensiones inerciales y cuasiestáticas asociadas colisiones (T(s) ) y contactos duraderos (T(s) ) y viscoso (T(f) ) tensiones de fluidos; y las tensiones de interacción (T(s−f) ) asociadas ) de granos de sedimento; el turbulento (T(f) i q t v con el movimiento relativo fluidograno. La influencia relativa de los mecanismos físicos que determinan estos Las tensiones se pueden explicar a través de los siguientes grupos adimensionales:
En resumen, los valores alcanzados por el número de Stokes y el número de Darcy (en el rango 2,112,7) sugieren que el exceso de presión de poro se disipa bastante rápidamente en las pruebas actuales y, posiblemente, en varios flujos de escombros (p. ej., Acquabona, Yake Dake, Chalk Cliff y Moscardo) observados en el campo en busca de una matriz de escombros bastante gruesa y un contenido moderado de multas. Tenga en cuenta que, en el cuerpo de flujo de escombros, donde las condiciones de flujo casi uniformes se produce, en cualquier caso se espera una distribución hidrostática de la presión del líquido intersticial debido al equilibrio en la fase del fluido entre la fuerza gravitacional y el gradiente de presión en la dirección normal al flujo
En el caso de grava triturada, los valores correspondientes de φqs son invariablemente más pequeños que sus homólogos estáticos φqs. En este caso φqs=34.6° en comparación con el valor 31.0° obtenido mediante ensayos de corte simples. Por otra parte, en el caso de las esferas de vidrio, la movilidad de deslizamiento mejorada asegurada por la forma de las partículas tiende a homogeneizar los valores de φqs y φs. La posible salida de φqs del ángulo de fricción estática entonces parece depender del tipo y forma del material.
Estos resultados reflejan el papel crucial que las tensiones cuasiestáticas y la forma del grano pueden ejercer en la parte inferior de los perfiles de velocidad y en la concentración de volumen a granel. Claramente, para obtener una estimación a priori de la concentración requeriría que φqs se determine independientemente de C (Concentración de sedimentos).
En el caso de las presentes pruebas, la diferencia entre los valores medidos de C y los resultantes de la ecuación (8) están contenidos en su mayoría en el rango de ±10% (Figura 10c). La dispersión relativamente mayor que caracteriza Los datos mostrados en la Figura 10b y la ausencia de una dependencia clara del C en el tamaño del grano del sedimento podrían imputarse en parte a la diferente precisión de los sistemas de medición empleados en las diferentes series de experimentos.
Los datos del canal considerados indican que los perfiles de velocidad observados en experimentos de flujo de escombros de grano grueso se caracterizan por dos regiones con una transición generalmente suave entre ellas: una capa inferior con un perfil de velocidades cóncavo hacia abajo, que tiende asintóticamente a desaparecer en la interfaz con el lecho de sedimento estático; y una capa superior donde la distribución de velocidades se puede aproximar como rectilínea
El problema de adoptar un enfoque de longitud mixta que involucra múltiples escalas de longitud es común cuando se modela la capa límite atmosférica sobre las copas de los árboles. Generalmente, los argumentos y La justificación de estas escalas es empírica y la evaluación de su confiabilidad se realiza mediante comparación. de mediciones de campo con velocidad media modelada, tensión turbulenta y velocidad longitudinal y vertical variaciones. Siguiendo este enfoque heurístico, como también lo propone GDRMiDi [2004], y Recordando la ecuación (12) estimamos la longitud de coherencia a partir de la relación
La Figura 12b muestra la comparación entre el perfil de longitud de coherencia adimensional proporcionado por esta relación y los datos observados. La longitud de coherencia teórica crece significativamente cuando se avanza hacia el lecho estático, exhibe un punto de inflexión cercano a ỹ ~0,35 y tiende a cero cerca de la superficie del agua. Este comportamiento compuesto es análogo al encontrado en capas límite turbulentas, donde la distribución lineal de longitudes de mezcla inicialmente postulada por Prandtl debe modificarse adecuadamente para tener en cuenta la desviación de la velocidad de la distribución de la ley logarítmica cuando la pared y la superficie libre están abordado
