Evaluación del potencial en presas de relaves por métodos simplificados utilizando ensayos CPTu

Abstract

El presente trabajo de investigación describe el uso del ensayo CPTu para caracterizar los suelos que conforman una presa de relaves y evaluar su potencial de licuación. El ensayo CPTu proporciona mediciones de disipación de presiones de poros, resistencia por punta y fricción lateral, los cuales son parámetros de entrada para realizar la caracterización geotécnica y evaluar el potencial de licuación. Esta caracterización se ha realizado interpretando la resistencia por punta y fricción lateral de los suelos que indican la compacidad o consistencia de estos. Así también, con la finalidad de establecer el nivel de agua presente en la presa de relaves, se ha estimado las presiones de poros estáticas (uo) mediante los ensayos de disipación de presión de poros (PPD), que consideran la estabilización de las presiones de poros dinámicas (u2) con el paso del tiempo. Luego, se procede a establecer el tipo de comportamiento del suelo (SBT) mediante las correlaciones empíricas de Robertson del año 2009 y 2016. Este parámetro del tipo de comportamiento de suelo (SBT) indica también la susceptibilidad de los suelos a la licuación. Por lo que, con el tipo de comportamiento del suelo (SBT) se procedió a caracterizar geotécnicamente a los relaves en dos: en relaves finos y relaves gruesos, resultando estos susceptibles a la licuación. Con estos resultados se procedió a evaluar el potencial de licuación con las metodologías de Robertson (1998), Moss (2006) e ldriss & Boulanger (2015). Estas metodologías comparan la resistencia cíclica (CRR) y el esfuerzo cíclico (CSR) mediante un factor de seguridad a la licuación (FSL). La resistencia cíclica (CRR) es la resistencia que tienen los suelos al fenómeno de licuación. Esta se calcula mediante ecuaciones empíricas, propuestas por cada metodología simplificada, que requieren de la resistencia por punta normalizada para arenas limpias. La resistencia por punta normalizada para arenas limpias se obtuvo de la calibración por contenido de finos con la resistencia por punta normalizada. El contenido de finos previamente fue calibrado con los ensayos de laboratorio granulométricos realizados a muestras representativas de los relaves. Al sumar estos dos parámetros se obtiene la resistencia por punta normalizada para arenas limpias y la resistencia cíclica (CRR) El esfuerzo cíclico (CSR) es el esfuerzo actuante en los suelos que pueden desencadenar el fenómeno de licuación. El esfuerzo cíclico se calculó con la ecuación de Seed (1971) y con las consideraciones de cada metodología simplificada de forma independiente. El esfuerzo cíclico (CSR) requiere del ingreso de la aceleración máxima horizontal, la cual se obtuvo del espectro de respuesta de sitio del peligro sísmico para un periodo de retorno de 475 años. Los valores de resistencia cíclica (CRR) y esfuerzo cíclico (CSR) son divididos para estimar el potencial de licuación; si el factor de seguridad a la licuación (FSL) es menor que 1.3, existe potencial de licuación en ese estrato de suelo. La evaluación del potencial de licuación en los relaves finos resultó con factores de seguridad a la licuación (FSL) que varían entre 0.05 a 0.55. Por otro lado, en los relaves gruesos el factor de seguridad a la licuación (FSL) resultó estar en el rango de 0,35 a 1, por lo que, en la presa los relaves finos y gruesos resultaron ser potencialmente licuables.

The present research work describes the use of the CPTu test to characterize the soils that make up a tailings dam and evaluate its liquefaction potential. The CPTu test provides measurements of pore pressure dissipation, tip resistance and lateral friction, which are input parameters to perform geotechnical characterization and evaluate liquefaction potential. This characterization has been carried out by interpreting the tip resistance and lateral friction of the soils, which indicate their compactness or consistency. Likewise, in order to establish the level of water present in the tailings dam, the static pore pressures (u0) have been estimated through pore pressure dissipation (PPD) tests, which consider the stabilization of the pressures. of dynamic pores (u2) over time. Then, the soil behavior type (SBT) is established using Robertson's empirical correlations from 2009 and 2016. This parameter of the soil behavior type (SBT) also indicates the susceptibility of the soils to liquefaction. Therefore, with the type of soil behavior (SBT), the tailings were geotechnically characterized into two: fine tailings and coarse tailings, resulting in these being susceptible to liquefaction. With these results, the liquefaction potential was evaluated with the methodologies of Robertson (1998), Moss (2006) and Idriss & Boulanger (2015). These methodologies compare cyclic resistance ratio (CRR) and cyclic stress ratio (CSR) using a liquefaction safety factor (FSL). Cyclic resistance ratio (CRR) is the resistance that soils have to the liquefaction phenomenon. This is calculated using empirical equations, proposed by each simplified methodology, which require the normalized tip resistance for clean sands. The normalized tip resistance for clean sands was obtained from calibration by fines content with the normalized tip resistance. The fines content was previously calibrated with granulometric laboratory tests carried out on representative samples of the tailings. By adding these two parameters, the normalized tip resistance for clean sands and the cyclic resistance (CRR) are obtained. Cyclic stress ratio (CSR) is the stress acting on soils that can trigger the liquefaction phenomenon. The cyclic stress was calculated with the Seed (1971) equation and with the considerations of each simplified methodology independently. The cyclic stress ratio (CSR) requires the input of the maximum horizontal acceleration, which was obtained from the seismic hazard site response spectrum for a return period of 475 years. The cyclic resistance ratio (CRR) and cyclic stress ratio (CSR) values are divided to estimate the liquefaction potential; If the factor of safety for liquefaction (FSL) is less than 1.3, there is liquefaction potential in that soil stratum. The evaluation of the liquefaction potential in the fine tailings resulted in the factor of safety for liquefaction (FSL) that vary between 0.05 to 0.55. On the other hand, in the coarse tailings the factor FSL turned out to be in the range of 0.35 to 1, therefore, in the dam the fine and coarse tailings turned out to be potentially liquefiable.