Estimación del parámetro de estado y resistencia última de relaves espesado utilizando sondajes SCPTU, ensayos de laboratorio y simulaciones numéricas

Abstract

Los relaves de alto espesamiento son desechos mineros en forma de pulpa de material fino, caracterizados por tener un menor contenido de agua con respecto a los relaves convencionales. La técnica de alto espesamiento, además de disminuir sustancialmente el uso de agua en el proceso, permite depositar relaves con menor humedad, contribuir a la estabilidad física de la instalación y formar playas de relaves con mayor pendiente, permitiendo aumentar la capacidad de almacenamiento y obtener ahorros económicos al requerir muros de contención de menor tamaño, con respecto a un depósito análogo de relaves convencionales. El presente trabajo de investigación busca estimar el parámetro de estado, definido por Jefferies y Been (2016), de un depósito de relaves espesados, ubicado en el norte de Chile, que se encuentra en estado parcialmente saturado y obtener una estimación de la resistencia última, adoptando un enfoque de la mecánica de suelos en el estado crítico. Este trabajo utiliza principalmente dos métodos para estimar el parámetro de estado (ψ), el cual permite distinguir entre comportamiento contractivo y dilatante. El primer método hace uso de ensayos in-situ de penetración de cono sísmico SCPTu y parámetros de ajuste calibrados con estudios previos en otros materiales particulados para caracterizar el estado in-situ del depósito en función del parámetro de estado. Este valor se obtiene mediante la solución de un problema de inversión de los resultados SCPTu en conjunto con una estimación de propiedades de estado crítico del relave. El segundo método utiliza ensayos SCPTu, pruebas geotécnicas de laboratorio (ensayos triaxiales y ensayos de clasificación) y simulaciones numéricas análogas a la penetración CPT en un material caracterizado por el modelo constitutivo NorSand, sin necesidad de estimar ajustes en base a otros suelos. En ambos casos, con los valores de resistencia de punta normalizadas y presiones de poro normalizadas, es posible estimar un parámetro de estado para cada profundidad del SCPTu realizado en terreno, y, además, una estimación de la resistencia última no drenada normalizada por el esfuerzo vertical efectivo. Los resultados de estas metodologías, aplicadas con la información disponible de los materiales de la cubeta, permiten establecer espacialmente las condiciones contractivas o dilatantes del depósito de relaves espesados, junto con su resistencia no drenada, y por consiguiente, resultan ser técnicas aplicables en la industria. En general, la interpretación del parámetro de estado con sondajes SCPTu en relaves parcialmente saturados es compleja y lo ideal es contar con abundante información geotécnica, tanto de laboratorio como de terreno, para acercarse a definiciones de estado y comportamiento del material particulado con menos incertidumbre. Considerando lo anterior, el método calibrado con ensayos es más acertado.