Estudio experimental del inicio de aluviones en la cuenca alta del río Coya, mina El Teniente

Abstract

Los flujos de detritos, también conocidos como aluviones, son una constante preocupación, principalmente, para las mineras de la zona central de Chile. La predicción de estos eventos es fundamental para mejorar los sistemas de prevención y/o protección. Con el objetivo de avanzar en esta tarea, se ha desarrollado un estudio experimental que consiste en generar deslizamientos, bajo condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación compuesta por un canal prismático de 0.6mx2.0mx0.6m (ancho/largo/alto), que se rellena con material extraído de la cuenca alta del río Coya. El canal puede inclinarse desde 1° hasta 45°. A continuación del canal hay una rampa, con la misma inclinación del canal, que permite el tránsito del material removido. Los experimentos consisten en la generación de un aluvión inducido por un flujo subsuperficial que se inyecta a la muestra de suelo. Este flujo subsuperficial se controla mediante un sistema de válvulas, ubicadas en la zona de ingreso del flujo a la muestra y en la zona por donde sale el caudal efluente. Se realizan nueve experiencias donde se combinan tres condiciones de pendiente, 33°, 38°y 43°; y tres condiciones de densidad inicial del suelo,1600 kg/m3 (suelo suelto), 1700 kg/m3 (suelo medio) y 1800 kg/m3 (suelo compacto). El rango de densidades estudiado queda determinado por las densidades admisibles en la instalación experimental. El sistema de medición consta de cinco sensores de presión de agua, instalados en la base del canal, que controlan la dinámica del nivel freático. También se cuenta con cámaras con vista lateral y en planta del canal, que mediante procesamiento de imágenes (PIV) permiten obtener el campo de velocidad de la suelo detectando el inicio y la zona de falla. La ladera, inicialmente estable, alcanza la condición de inestable debido a la presencia de la presión de agua, que disminuye el roce entre las partículas. Se encuentra una relación entre la densidad inicial del suelo y la altura del nivel freático, concluyendo que, mientras mayor es la densidad inicial del suelo, se requiere mayor presión de agua para alcanzar la inestabilidad y generar la falla. Se han identificado dos mecanismos de falla dependiendo de la densidad inicial del suelo. En suelo suelto el movimiento se inicia apenas entra el flujo subsuperficial, generando un reacomodo de las partículas que inhibe el alza de la zona saturada. La base de la falla coincide con el nivel freático por lo que la mayor parte de la zona en movimiento se encuentra no saturada. La falla no desencadena un aluvión. En suelo medio y denso, el movimiento inicia cuando el flujo subsuperficial ha alcanzado el nivel superficial, y se origina en la zona saturada generando un posterior aluvión. Cuando mayor es la densidad inicial del suelo, en este segundo mecanismo, la falla abarca un área mayor incorporando también zonas no saturadas al movimiento.