Aplicación de modelo constitutivo avanzado en el análisis dinámico 3D de un tranque de relaves en Chile

Abstract

Para definir un sistema de disposición de relaves, se debe llevar a cabo un conjunto de estudios técnicos desde la etapa de investigación hasta el cierre del depósito con el fin de garantizar la estabilidad física y química de éste. En particular, en la etapa de diseño, es práctica habitual que se utilicen modelos numéricos para estudiar el comportamiento de los depósitos tanto en situación estática como dinámica. En esta última, un factor relevante a estudiar en regiones sísmicas es el potencial de licuación, debido a que es uno de los principales riesgos geotécnicos durante los terremotos. El objetivo principal de este estudio es la aplicación del modelo constitutivo avanzado P2PSand (Cheng, 2018), basado en la teoría del estado crítico de los suelos, en un análisis dinámico 3D del muro de un tranque de relaves en Chile. Este modelo representa el desarrollo más reciente en la búsqueda de una representación precisa del comportamiento de materiales granulares sometidos a cargas cíclicas. En primer lugar, se revisó empíricamente la respuesta sísmica de presas en Chile según dos métodos de estimación de daño (Pells & Fell, 2002; Swaisgood, 2013). Luego, en base a datos de ensayos de laboratorio existentes para arena proveniente del muro de un tranque de relaves en Chile, se calibraron los parámetros que constituyen el modelo P2PSand, el cual previo al análisis dinámico tridimensional se utilizó en una simulación de respuesta libre del suelo y en un análisis dinámico bidimensional de un muro de un tranque de relaves. Los resultados de dicho análisis se comparan con los resultados del mismo análisis pero aplicando el modelo elasto-plástico de Mohr-Coulomb con esquemas de amortiguamiento de Rayleigh e histerético. En este último se utilizó el complemento a la degradación que permite establecer un límite inferior al factor de degradación del módulo de corte. Los resultados de este estudio entregaron las siguientes conclusiones: 1) El método de Swaisgood predice de mejor manera, de acuerdo a lo observado, el nivel de daño en presas en Chile según el asentamiento relativo en el coronamiento; 2) P2PSand es capaz de simular de manera concordante a lo observado en terreno el comportamiento de un muro de arena de un tranque de relaves sometido a un sismo real; y 3) Se observan notorias mejoras de los resultados al considerar el complemento a la degradación en el esquema histerético incluido en FLAC3D recomendando su uso en caso de no utilizar modelos avanzados.