Comparación de los modelos constitutivos NorSand y P2PSand para el modelamiento sísmico de un embalse de relaves en Chile utilizando FLAC3D

Abstract

Chile es reconocido mundialmente como un país minero que cuenta con el 29% de las reservas de cobre del mundo (Cantallopts, 2016). El relave, que corresponde al residuo del proceso de extracción de los minerales sulfurados en el proceso de flotación, debe almacenarse en forma segura en estructuras llamadas depósitos de relaves tal como lo establece el Decreto Supremo N° 248 (DS 248, 2007). La tendencia en el análisis dinámico de depósitos de relaves es utilizar modelos constitutivos avanzados con el propósito de capturar apropiadamente el comportamiento cíclico de los materiales y así tener una mejor estimación de la estabilidad física de estas estructuras. En este contexto, esta investigación tiene como objetivo principal comparar los resultados de simulaciones numéricas realizadas con un modelo constitutivo utilizado en la práctica actual, como lo es el modelo elasto-plástico Mohr-Coulomb (M-C), y dos modelos constitutivos avanzados, basados en la teoría del estado crítico. Estos modelos, NorSand (Jefferies, 1993; Jefferies and Been 2015) y P2PSand (Cheng, 2018), tienen la capacidad de representar el comportamiento contractivo y dilatante de los suelos y las características esenciales del comportamiento cíclico de arenas. Estos modelos fueron calibrados con resultados de ensayos de laboratorios en arena proveniente del muro de un embalse de relaves, facilitados por Itasca Chile SpA (Itasca). A partir de los resultados de los análisis numéricos, se pueden establecer las siguientes conclusiones: 1) Al considerar un nivel de amortiguamiento de baja magnitud (0.2%), los resultados mostraron insensibilidad a este parámetro; 2) P2PSand es capaz de simular adecuadamente el comportamiento dinámico del muro de arenas del embalse de relaves sometido a un sismo medido de mediana intensidad (Mw 5.4); NorSand no logró reproducir el comportamiento real del muro, debido a las limitaciones de su comportamiento cíclico; 3) M-C tuvo un buen ajuste al comportamiento real del muro sometido a un sismo medido y los resultados fueron similares al modelo constitutivo P2PSand; 4) Análisis bidimensonales parecen ser una buena alternativa, en comparación a análisis tridimensionales para el caso de estudio, en donde la geometría del muro principal es homogénea; 5) Los modelos constitutivos P2PSand y M-C poseen la capacidad para analizar un sismo máximo creíble (MCE) de magnitud 8.0 (Mw=8.0); y 6) En base a los resultados de las calibraciones y la respuesta del muro frente a los sismos utilizados, el modelo constitutivo P2PSand es el mejor candidato para ser utilizado en un análisis dinámico.