Optimización numérica de un modelo constitutivo para evaluar la licuación estática de relaves

Abstract

La licuación estática es un fenómeno donde una masa de suelo de naturaleza granular y sin cohesión pierde su resistencia al corte de manera súbita. Cuando este fenómeno es desarrollado dentro de una estructura de gran envergadura como un depósito de relaves puede generar pérdidas catastróficas. Los modelos numéricos utilizan como matriz principal un modelo constitutivo geotécnico que por medio de sus formulaciones pueda capturar el comportamiento de un material bajo la acción de esfuerzos y evaluar la ocurrencia de fenómenos complejos como la licuación estática. La presente tesis propone la optimización del modelo constitutivo originalmente desarrollado por Gutiérrez, M., Verdugo R., (1995) y luego modificado por Cárdenas, J. (2004). El modelo optimizado incluyó los esfuerzos en el estado crítico como condición última y se determinó rangos típicos para los parámetros. Asimismo, se utilizaron ensayos triaxiales drenados y no drenados que llegaron al estado crítico, con comportamientos contractivos frágiles en condición no drenada para la calibración y evaluación del modelo constitutivo para capturar la licuación estática en relaves. Para la calibración del modelo optimizado se define la superficie de estado crítico y utiliza parámetros característicos en este estado. Se calibraron cuatro relaves por medio de un código en Python abarcando 120 000 sets de parámetros. El modelo optimizado propuesto en la presente tesis ha demostrado poder capturar y representar adecuadamente la licuación estática de relaves y ha sido calibrado en base de ensayos triaxiales drenados y no drenados, asimismo, se ha definido un rango típico para los parámetros del modelo.

Static liquefaction is a phenomenon where a soil mass of granular nature and without cohesion suddenly loses its resistance to cutting. When this phenomenon is developed within a large-scale structure such as a tailings dump, it can generate catastrophic losses. The numerical models use as main matrix a geotechnical constitutive model that, by means of its formulations, can capture the behavior of a material under the action of stresses and evaluate the occurrence of complex phenomena such as static liquefaction. This thesis proposes the optimization of the constitutive model originally developed by Gutiérrez, M., Verdugo R., (1995) and later modified by Cárdenas, J. (2004). The optimized model included critical stress as ultimate condition and typical ranges for parameters were determined. In addition, critical-state, non-drained and drained triaxial tests with fragile contractile behaviors under undrained conditions were used for the calibration and evaluation of the constitutive model to capture static liquefaction in tailings. For the calibration of the optimized model, the critical state surface is defined and characteristic parameters in this state are used. Four tailings were calibrated using a Python code covering 120,000 sets of parameters. The optimized model proposed in this thesis has been shown to be able to adequately capture and represent the static liquefaction of wastes and has been calibrated on the basis of drained and non-drained triaxial tests, Also, a typical range for model parameters has been defined.