Comparación del comportamiento sísmico de una presa de relaves considerando los modelos constitutivos PM4SAND y HSS

Abstract

La práctica actual en el diseño de presas de relaves en Chile contempla un análisis de estabilidad compuesto por cuatro etapas, de acuerdo con el Decreto Supremo 248 del Ministerio de Minería. Una de estas etapas requiere desarrollar análisis dinámicos de la presa que consideren las propiedades dinámicas de los materiales y que estimen los desplazamientos inducidos por los sismos. Además, para presas de más de 30 metros de altura, el Decreto 50 del Ministerio de Obras Públicas exige análisis de deformaciones dinámicas mediante simulaciones numéricas utilizando métodos de elementos finitos o diferencias finitas. La elección del modelo constitutivo adoptado para los materiales de la presa influye significativamente en sus deformaciones. Por esta razón, el objetivo de esta tesis es comparar el comportamiento de un modelo bidimensional de una presa de relaves representativa de la tipología chilena solicitada sísmicamente, utilizando los modelos constitutivos PM4Sand y Hardening Soil with Small-Strain Stiffness (HSS). Estos modelos fueron calibrados para que fueran lo más equivalente posible en términos de histéresis y degradación de rigidez en tensión-deformación. Los resultados de esta tesis indican que los desplazamientos horizontales y asentamientos son considerablemente mayores al modelar la presa con el modelo PM4Sand, ya que este modelo acumula deformaciones volumétricas plásticas y no incorpora cohesión, a diferencia del modelo HSS. Por otro lado, los períodos de la presa se alargan al simular su comportamiento con el modelo HSS, lo que es consistente con la degradación de rigidez más acentuada de este modelo. Entre las medidas de intensidad que mejor ajustan los asentamientos de la presa están el potencial destructivo Pd, la velocidad absoluta acumulada CAV y la velocidad máxima del suelo PGV, dependiendo del modelo constitutivo considerado. La aceleración máxima es el peor predictor de asentamiento para ambos casos. El modelo simplificado de Bray et al. (2018) subestima los desplazamientos horizontales al compararlos con los calculados en las simulaciones numéricas, por lo cual no se recomienda su uso para el tipo de presa analizada en este estudio.