INFORME DISEÑO DE UNA RELAVERA - CIERRE DE MINAS

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ANÁLISIS Y DISEÑO SISMICO DE REPRESAS DE RELAVES Y EVALUACION DE LICUEFACCION ARBOLEDA GUIVAR, Walter; MAMANI SIMEON, Dennis; MATOS SILVA, Rubens; PEÑA CORREA, Erick

Abstract The increasing of the mining industry in Latin America, combined with the high seismic conditions of some regions, represents a major challenge for geotechnical engineers in relation to the mining waste disposal design. Earthquakes are one of the principal causes of failure in this kind of structures, which are mainly attributed to liquefaction, whose consequences have been catastrophic such as cases history of Mochikoshi Tailings dams, Japan (1978); Cerro Negro and El Cobre, Chile (1965) and Amatista, Nazca, Peru (1996). Therefore, one of the main aspects in the seismic design of these structures is related to the possible liquefaction of the tailings, due to the characteristics of these materials. This paper presents the design criteria, geotechnical characterization and the seismic stability assessment of a tailings dam. This work is presented from practice approach, with emphasis on considerations that involved the dynamic analysis of a project at the design stage and the evaluation of liquefaction in this structure. The analysis results, interpretation and conclusions are presented based in local and international guidelines.

Keywords: Tailings dams, liquefaction, post-earthquake deformations, flow liquefaction. estructuras, las cuales se atribuyen principalmente por licuefacción, cuyas consecuencias han sido catastróficas como los casos clínicos de la Antigua Represa El Cobre y la Nueva Represa en Chile (1965), Mochikoshi N.1 en Japón (1978), Cerro Negro N. 4 en Chile (1964) y Amatista Nasca en Perú (1996), entre otros. En la Figura 1 se muestra una falla sísmica típica en las presas de relaves.

En las presas de relaves, el diseño sísmico parte de la concepción del método de construcción y tipo de depósito de relaves, que a su vez están sujetos a factores relacionados con las condiciones del sitio, topografía, disponibilidad de materiales de préstamo, factores económicos, ambientales y operativos. Por lo tanto, los ingenieros geotécnicos deben alcanzar el mejor diseño de solución que aborde estas condiciones tanto como sea posible.

Consideracion de diseño El objetivo del diseño del terraplén de almacenamiento de relaves es garantizar que las estructuras puedan soportar las condiciones de carga potenciales que podrían esperarse durante su vida útil en la medida en que el riesgo de falla sea aceptablemente bajo.

El diseño de las presas de relaves sigue ciertas pautas internacionales y locales, como los

1. Introducción Background Las presas de relaves son estructuras de almacenamiento formadas por material grueso del relave previamente separado en proceso de tratamiento físico (hidrociclones), cuyo objetivo principal es el almacenamiento de los residuos mineros resultantes del proceso de beneficio mineral en la industria minera.

El material almacenado, relaves, generalmente se deposita en un compuesto de suspensión acuosa, generalmente llamado lodos de relaves, cuyas partículas sólidas están formadas por materiales limosos o arcillosos producidos por la trituración de rocas y minerales.

Por tanto, una de las principales preocupaciones en el diseño de estas estructuras, están relacionadas con la posible licuefacción de los materiales que componen la estructura geotécnica. Por ello, es necesario realizar un riguroso análisis y diseño que garantice la seguridad de la estructura.

Las presas de relaves son estructuras de grandes dimensiones y a lo largo de la historia han estado expuestas a diferentes tipos de fallas relacionadas con diferentes factores (por ejemplo, operación, fenómenos naturales y construcción). Los terremotos son una de las principales causas de fallas en este tipo de 1

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boletines técnicos de la Comisión Internacional de Grandes Represas (ICOLD, Boletín 139), la Asociación Canadiense de Represas (CDA) y el Comité Nacional Australiano de Grandes Represas (ANCOLD); así como el cumplimiento de las normativas locales.

Estas pautas especifican las consideraciones para el manejo, los métodos de deposición de relaves, la construcción, los criterios de caracterización y las consideraciones para el análisis y el diseño. Con respecto a esto último y en lo que respecta a las condiciones sísmicas, las directrices brindan sugerencias sobre los niveles objetivo de sismo en función de la etapa de construcción o fase de la vida de la presa minera, así como los factores de seguridad y umbrales de deformaciones que garantizan el adecuado comportamiento de la estructura durante un terremoto.

La inestabilidad de este método de construcción se debe a que las estructuras de retención están constituidas por diques de arena. Además, la estabilidad de estos diques depende principalmente de los lodos de colas de soporte, que generalmente se saturan y pueden licuarse bajo carga dinámica.

El método de construcción aguas abajo consiste en la construcción secuencial de diques utilizando arenas de relaves, roca estéril o relleno prestado (terraplenes de enrocado). Esta opción implica el uso de drenajes o filtros internos. Aunque este método tiene mayor estabilidad, representa una solución costosa debido al volumen requerido para la construcción de la estructura de retención.

El método de la línea central es una combinación de métodos upstream y downstream. La construcción y el crecimiento del dique se llevan a cabo de forma secuencial manteniendo el eje vertical del punto de descarga. Este método tiene una estabilidad sísmica aceptable además de un costo

Métodos de construcción La estabilidad sísmica de las presas de relaves depende en gran medida del método de construcción; dentro de estos, los principales y de mayor uso en la práctica son los métodos upstream (aguas arriba), downstream (aguas abajo) y centerline (línea central). Además, existen otros métodos como la construcción aguas arriba aguas abajo y la deposición de residuos sólidos (relaves espesados).

De acuerdo con la práctica, el método de construcción aguas arriba es vulnerable en condiciones sísmicas, por lo que actualmente su uso está prohibido en áreas sísmicas. Sin embargo, es importante conocer y comprender las condiciones que han llevado a la vulnerabilidad de estas estructuras, las cuales han sido estudiadas por diferentes autores.

La vulnerabilidad de estas estructuras se rige por varios factores como la falta de rigurosidad en la supervisión y el proceso de construcción, incertidumbres durante las operaciones mineras, proceso de deposición de relaves y variaciones del material de origen o composición mineralógica. Además, el largo período de construcción de estas estructuras, generalmente resulta en un control inadecuado y modificaciones de las condiciones de diseño original de la presa.

Ilustración 1: Métodos de construcción de presas de relaves a) Aguas arriba b) Aguas abajo c) Línea central

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moderado.

evaluación del potencial de licuefacción puede realizarse mediante métodos semiempíricos, pruebas de laboratorio, o mediante análisis numérico con modelos constitutivos avanzados.

Licuefacción en presas de relaves La licuefacción es un fenómeno critico que consiste en la perdida brusca de resistencia y rigidez de un suelo en presencia del agua, debido a una subida repentina de la presión de poros, lo cual genera una disminución de la tensión entre las partículas, ocasionando que el suelo pase a comportarse como un fluido.

Es importante señalar que la evaluación de la licuefacción en presas de relaves no debe limitarse a la estimación de su potencial. Por lo tanto, para fines de diseño, es importante conocer el comportamiento cíclico de los relaves en términos de resistencia cíclica, deformaciones, generación de presión de poro dinámica y pérdida de resistencia.

Como se mencionó anteriormente, un aspecto de gran importancia a considerar en la ingeniería de presas de relaves está relacionado con los estudios para evaluar la vulnerabilidad a la licuefacción. En la práctica, generalmente se asume que los relaves se licuan durante un terremoto; tanto la fracción fina de los relaves (limos) como las arenas de relaves (diques) son susceptibles a la licuefacción.

En la ingeniería geotécnica de terremotos, el término de licuefacción se puede dividir en dos categorías principales: licuefacción de flujo y licuefacción cíclica.

Ambos fenómenos pueden ocurrir en depósitos de relaves con diferentes manifestaciones; por tanto, es importante comprender y distinguir entre estos fenómenos, así como estudiar sus características y mecanismo desencadenante para llevar a cabo un diseño capaz de mitigarlos.

El estado de la técnica y la práctica indican que los factores predominantes en el comportamiento de la licuefacción en los relaves mineros están influenciados por el tipo de material de origen, la distribución del tamaño de grano (fino o grueso) y las propiedades de los materiales (densidad relativa y plasticidad).

La licuefacción cíclica tiene como características principales, el desarrollo de reversión de esfuerzos cortantes, que permiten alcanzar una condición de esfuerzo efectivo cero, en este estado el suelo tiene muy poca rigidez y pueden ocurrir grandes deformaciones durante la carga cíclica.

Para el estudio de la licuefacción, se ha definido un estándar en la práctica profesional, que incluye las siguientes etapas: 1) Susceptibilidad y potencial de licuefacción, 2) Análisis de estabilidad o deslizamiento de flujo y 3) Análisis de desplazamiento.

La licuefacción de flujo es de gran importancia en las presas de relaves debido a que la deposición de los mismos se encuentra en un estado suelto y saturado, cuyo comportamiento en condiciones de carga no drenada tiende a ser contractivo. El riesgo de licuefacción de flujo en suelos contractivos depende de la fragilidad (sensibilidad), que es la medida de la pérdida de resistencia bajo el efecto de cargas estáticas o sísmicas.

La evaluación de la susceptibilidad en los relaves mineros se realiza generalmente de acuerdo con los criterios definidos por normativa internacional. Estos criterios evalúan si el suelo cumple con las características físicas para ser licuable independientemente del mecanismo disparador, para ello se utilizan las propiedades índices de los suelos.

Una vez determinada la susceptibilidad del suelo a licuarse, se evalúa el potencial de licuefacción y el comportamiento del suelo (respuesta contractiva o dilatativa). La

Las historias de casos de licuefacción estática en presas de relaves han significado fallas catastróficas como los casos de la falla de la 3

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presa de relaves Kolontar en Hungría y Harmony , Sudáfrica.

CASO DE ESTUDIO El estudio en cuestión es realizado para la construcción de una presa de relaves en una zona de alta sismicidad en México. Se plantearon 2 modelos para la construcción: • Método mixto aguas arriba – aguas abajo. La relavera aguas abajo seria la parte inferior.

• Método único aguas abajo.

Ilustración 2:Fallo de la presa de relaves Kolontar (izquierda) y Harmony (Derecha)

Métodos de análisis El análisis dinámico en presas de relaves tiene como objetivo evaluar la respuesta y comportamiento de la estructura sometida a movimientos sísmicos. El comportamiento dinámico de la estructura debe incluir la estimación de deformaciones permanentes por sismo para evaluar la estabilidad sísmica y el estado de servicio de la presa.

Las dimensiones planeadas de la presa son: • Una altura total de 80 metros, 50 metros la parte inferior (relavera aguas abajo) y 30 metros la parte superior (relavera aguas arriba).

• El área total se estima en 19 hectáreas.

• Una playa de 60 metros, esto para proteger la zona cercana a las paredes de la relavera evitando la saturación.

Existen diferentes métodos analíticos y numéricos para la evaluación de estos aspectos. Generalmente, la estimación de las deformaciones permanentes se lleva a cabo utilizando métodos semi empíricos, que han sido ampliamente aceptados en la práctica.

Sin embargo, actualmente los análisis dinámicos para presas de relaves se resuelven mediante métodos numéricos, ya que es posible considerar e integrar condiciones del comportamiento dinámico de la estructura.

El estudio se aplica al primero método mencionado (método mixto) pues es el que representa la condición de construcción mas desfavorable.

Los principales objetivos de la simulación de la licuefacción son estimar la generación dinámica de presión intersticial y la predicción de deformaciones durante y después de un terremoto. Para ello, se han desarrollado diferentes enfoques y métodos de análisis.

Ilustración 3: Se muestra gráficamente el método mixto planteado para la construcción de la relavera

CONDICIONES SÍSMICAS Dada la alta sismicidad de la zona para la construcción, se hizo un estudio con el fin de evaluar el Terremoto Máximo Creíble (MCE por si siglas en ingles), este estudio nos permitirá encontrar valores de aceleración sísmica la cual es una medida de intensidad y que se puede relacionar con la escala de Mercalli Modificada, la cual cuantifica los daños causados por un sismo.

Los métodos de elementos finitos y diferencias finitas son de gran utilidad para la solución de problemas geotécnicos asociados a presas de relaves, ya que permiten considerar el comportamiento no lineal del suelo y la acumulación de presión de poro dinámica a través de modelos constitutivos avanzados.

Se necesitan conocer valores de intensidad para poder establecer parámetros a se seguridad al momento de construir la relavera.

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Ilustración 4: Sección del diseño de la relavera, en la que podemos observar los parámetros de construcción (altura, longitud de playa, zona mixta de la relavera)

CARACTERIZACION GEOTECNICA Para los cimientos: •

Estratigrafía: Los estudios mostraron que el suelo está compuesto de arenas arcillosas con grava y roca alterada en los primeros 10 a 20 metros de profundidad. La roca si bien esta alterada, se califica como buena.

•

Resistencia: Se realizaron diferentes pruebas: o Compresión simple, para anticipar cómo reaccionará el suelo ante variaciones de presión. o Estimación del módulo elástico, esencial para la construcción. o Coeficiente de permeabilidad,

•

Ilustración 5: Los resultados del analisis con ondas superficiales, en la zona.

De grafico anterior podemos intuir que para profundidades mayores a 20 metros podemos encontrar material más sólido, como rocas.

Velocidad de onda de corte: Esta prueba permite conocer el módulo cortante del suelo y es usado para el diseño de cimentaciones.

Para la estructura • Terraplén Aguas abajo: Ya que el terraplén será construido con roca, se seguirán parámetros de acuerdo con el CIGB ICOLD – Comisión Internacional de Grandes Represas.

Esta comisión la conforman un conjunto de países (no gubernamental) que intercambia información acerca de diseño, la construcción y mantenimiento de relaveras.

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Presa aguas arriba: Se realizaron pruebas triaxiales que simularon las presiones a las que estaría expuesto el suelo.

PROPIEDADES DE LOS RELAVES Propiedades Estáticas Propiedades como la permeabilidad y densidad del relave fueron analizadas a diferentes profundidades y a diferentes contenidos (en %) de agua.

Ilustración 8: Variación de la densidad seca del suelo con respecto a la profundidad.

Se puede observar que para profundidades de 20 a 40 metros los valores casi son constantes, esto se explica por la presencia de rocas en esa zona del suelo.

Propiedades Dinámicas Este tipo de propiedades son determinantes para conocer los efectos que los sismos tendrían sobre el suelo.

Ilustración 6: Se observa la variación de agua conforme aumenta la profundidad.

Se realizaron pruebas triaxiales cíclicas (pruebas triaxiales en las que se varia el valor te la compresión de manera cíclica con cierta frecuencia).

Este estudio se considera el más importante pues permite conocer la capacidad del relave para generar exceso de presión de poro bajo alguna carga cíclica. El exceso de presión de poro depende la cantidad de ciclos (vibraciones) a las que se expone el suelo.

Cuando este exceso llega a 1 se produce la licuefacción.

Licuefacción La evaluación de la licuefacción de relaves consistió como una primera etapa en la estimación de susceptibilidad a la licuefacción y evaluación de la probabilidad de

Ilustración 7: Variación de la permeabilidad del suelo con respecto a la profundidad.

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"desencadenamiento" o iniciación de licuefacción del suelo, mientras que la segunda etapa consistió en la evaluación del flujo de licuefacción.

los resultados triaxiales.

de

las

pruebas

cíclicas

La Figura 14 (a) presenta los resultados de las pruebas de laboratorio dinámicas en términos de relación de exceso de presión de poro (ru) frente al número de ciclos para tensiones de confinamiento de 50 kPa, 100 kPa y 200 kPa, y relaciones de tensión máxima de 0,25, 0,3 y 0,4, respectivamente.

Evaluación de la susceptibilidad a la licuefacción Las Figuras 13 (a) y (b) muestran la evaluación de la susceptibilidad a la licuefacción de cuatro muestras de relaves utilizando el método Bray y los criterios de Andrews y Martin, las propiedades para esta evaluación se presentan en la Tabla 1.

Según el criterio de Bray las muestras 2 y 4 se encuentran dentro de la Zona A (susceptibles a licuefacción), mientras que las muestras 1 y 3 se encuentran dentro de la Zona B (contenido de agua y relaciones de límite de líquido superiores a 0,8), por lo que serán materiales con una susceptibilidad moderada o susceptibles a la movilidad cíclica.

Los resultados de estas pruebas indican que el material de relaves alcanza relaciones de presión de poro en exceso menores que la unidad 1.0. Esto significa que no se produce licuefacción total o "licuefacción inicial". Sin embargo, el material puede experimentar una pérdida significativa de resistencia y deformaciones por cizallamiento bajo estos valores de Ru. Cabe señalar que los resultados presentados están asociados en la última etapa de las pruebas cíclicas triaxiales.

Asimismo, la Figura 14 (b) muestra la historia de la relación de presión de agua de poro en exceso y los bucles de histéresis tensióndeformación axial para la prueba triaxial cíclica Licuefacción de Flujo La licuefacción de flujo es característica de terrenos con pendientes pronunciadas, que se aplica a las estructuras de relaves. Para el estudio de caso, y como parte del proceso de evaluación de la licuefacción de flujo, se

De acuerdo con estos resultados, se decidió evaluar la capacidad de los relaves para generar exceso de presión de poro a partir de 7

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evaluó la susceptibilidad a la pérdida de resistencia y el comportamiento del suelo utilizando los datos de las pruebas de penetración de conos (CPT) de un depósito de relaves con características similares.

ANÁLISIS DINÁMICO (EXCESO DE PRESIONES INTERSTICIALES DE CSR)

El comportamiento del suelo se determinó a partir de la estimación del concepto de “equivalente de arena limpia” (Qtn, cs).

Robertson y Wride definieron el valor de Qtn, cs = 70 como límite entre comportamiento contractivo y dilativo, que está asociado con el parámetro de estado (ψ) de Jefferies y Been.

Los resultados del CPT muestran un comportamiento contractivo en la parte superficial de cero a cinco metros, así como intercalaciones entre el comportamiento contractivo y dilatador (Figura 15c).

Asimismo, se evaluó la sensibilidad en estos materiales utilizando datos CPT. Los relaves con respuesta contractiva presentaron una sensibilidad media a alta (Figura 15d).

La respuesta dinámica y la estabilidad sísmica de la presa de relaves se calcularon mediante un análisis dinámico bidimensional de elementos finitos.

El análisis dinámico consideró las siguientes etapas: • Determinación del nivel freático a través de la presa por transitorios análisis de flujo de agua • Cálculo de equilibrio estático para definir las tensiones iniciales in situ, • Análisis dinámico (generación sísmica de presiones de poro excesivas en presa) • Análisis de deformaciones post sismo.

La simulación numérica se realizó para condición de largo plazo, en la cual el proyecto ha alcanzado el nivel máximo de operación. Los parámetros utilizados para los diferentes análisis se presentan en la Tabla 2.

Etapas del modelado numérico

Tabla 2

Análisis de flujo de agua De acuerdo con las características evaluadas con CPT en relaves, el suelo puede deformarse, ablandarse en cizallamiento no drenado; por lo tanto, la estabilidad posterior al terremoto y las resistencias de corte residual serán el tema más relevante para estimar la estabilidad sísmica de la presa de relaves.

Se realizó un análisis de flujo de agua transitorio utilizando propiedades hidráulicas saturadas e insaturadas.

Se aplicó una carga total como condición de límite hidráulico en el nivel máximo del depósito de relaves (Elevación = 1150 m.a.s.l). La longitud de la playa fue de 60 metros (Figura 17), cuyo objetivo es evitar la saturación de relaves cercanos a la estructura 8

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de retención, esta condición es fundamental para el comportamiento sísmico de la estructura, ya que mitiga el riesgo de licuefacción en los relaves limos de apoyo.

La línea freática predicha o línea de filtración con modelo numérico se muestra en la Figura 17.

La malla del modelo numérico se calibró comparando su respuesta con el análisis de respuesta del sitio unidimensional (SRA -1D).

La Figura 18 muestra los registros de aceleración de la superficie calculados con el análisis de respuesta del sitio (SRA-1D) y el modelo de elementos finitos (FEM-2D).

La simulación de licuefacción se llevó a cabo utilizando un modelo de generación de presión de poro basado en el enfoque de estrés cíclico. Bajo este enfoque, la presión de poro se calcula a partir de las tensiones cíclicas (CSR) desarrolladas durante el temblor del terremoto y mediante la función de relación de presión de poro (Ru). Por lo tanto, es necesario determinar la curva de resistencia cíclica específica y la función de presión de poro de los materiales.

Las presiones de poro generadas durante el temblor son una función del número equivalente de ciclos uniformes, N, para un terremoto en particular y el número de ciclos, NL, que causarán licuefacción de un suelo en particular bajo un conjunto específico de condiciones de estrés. La licuefacción ocurrirá una vez que se haya alcanzado ru = 1; es decir, cuando el exceso de presión de poro (Δu) es igual a la tensión efectiva de confinamiento (σc3).

Lee y Albaisa y DeAlba encontraron que la relación de presión intersticial, ru, está relacionada con el número de ciclos de carga por:

Análisis dinámico La respuesta sísmica del modelo se obtuvo a partir de un análisis equivalente lineal 2D utilizando el programa de elementos finitos QUAKE / W. Por lo tanto, para este análisis se utilizaron las curvas del módulo de corte y la relación de amortiguamiento determinadas en la sección 4.2 (Figura 12).

El modelo numérico constaba de 12191 elementos cuadriláteros. Las condiciones de contorno en el modelo consistieron en la restricción del desplazamiento vertical y horizontal en la base del modelo "base rígida"; mientras que se restringió el desplazamiento vertical de los límites laterales. Dado que el movimiento de entrada debe aplicarse en la base del modelo, se realizó un análisis de deconvolución a través de una respuesta de sitio unidimensional con el código SHAKE-91.

El tamaño del elemento se definió considerando que el tamaño del elemento espacial (Δx), debe ser menor que aproximadamente una décima parte de la longitud de onda asociada con el componente de frecuencia más alto de la onda de entrada.

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Esta función depende de las propiedades del suelo y las condiciones de prueba, en el caso de los relaves; su comportamiento se rige por el tamaño de grano y la composición mineralógica.

Las particularidades de esta función son importantes, porque la cantidad de presión de poro determinada en la simulación tendrá una consecuencia en la pérdida de resistencia y las deformaciones posteriores al terremoto.

Análisis de deformaciones post-terremoto

El análisis de deformaciones post-terremoto se realizó mediante el programa SIGMA / W, que utiliza un modelo constitutivo elásticoplástico acoplado a un modelo de redistribución de esfuerzos. En el modelo se utilizaron el ángulo de la superficie de colapso y la resistencia máxima al corte para simular el comportamiento del suelo durante el colapso. La resistencia al corte no drenado se determinó utilizando los datos de CPT.

Uno de los principales problemas en la evaluación de la estabilidad sísmica en la presa de relaves es evaluar el estado de servicio de la estructura durante y después de un terremoto.

Según los lineamientos internacionales, el objetivo principal es que las deformaciones permanentes generadas por el sismo no sean tales que provoquen la pérdida de francobordo, que estas no superen la altura total de la estructura o que no sean suficientes para provocar la falla. Los efectos postterremoto se deben comúnmente al fenómeno de licuefacción, presentando grandes deformaciones debido al ablandamiento o pérdida de resistencia del suelo.

El efecto del comportamiento retardado se ha asociado con el hecho de que los suelos son llevados a la superficie del colapso por la redistribución de las tensiones o el exceso de presiones de agua intersticial en lugar de directamente por la sacudida del terremoto.

La Figura 20 muestra la trayectoria de la tensión efectiva que ilustra el comportamiento retardado causado por la redistribución de las tensiones.

Como se muestra en esta figura, durante un terremoto, la presión de poro aumenta de modo que habrá una disminución en la tensión efectiva, que moviliza la resistencia al corte final o "resistencia en estado estable". Si el suelo está muy suelto y el esfuerzo cortante estático impulsor es lo suficientemente grande, la estructura del grano del suelo puede colapsar al estado estable y se produce un comportamiento de ablandamiento por deformación. Este ablandamiento de la deformación provoca una redistribución de la tensión dentro de la masa del suelo.

Figura 1. Historial del tiempo de aceleración a diferentes profundidades en relaves.

RESULTADOS DEL ANÁLISIS La respuesta dinámica de la presa de relaves se presenta en términos de aceleraciones, tensiones cíclicas, exceso de presión de poro y deformaciones. Para ello, se utilizaron puntos de monitoreo en el modelo, que permiten monitorear los resultados durante el tiempo dinámico.

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Además, los resultados se presentan en el modelo como un gráfico sombreado al final del temblor del terremoto, con el fin de revisar el comportamiento general de la estructura.

RESPUESTA DINÁMICA La siguiente Figura 1 se muestra las historias de tiempo de aceleración estimadas en la superficie de los relaves saturados y en puntos ubicados a diferentes profundidades. Puede verse que la aceleración máxima en la superficie es del orden de 0,18 g. Además, muestra que hay una ligera amplificación del movimiento de entrada a través de la presa de relaves; este efecto puede deberse al desarrollo de un bajo exceso de presión de poro, ya que la respuesta del sitio generalmente se desamplifica cuando se produce la licuefacción. Para los puntos de monitoreo (Figura 2) ubicados en la cresta de la presa de arranque y los diques aguas arriba, las aceleraciones máximas previstas fueron del orden de 0.28, 0.23 y 0.24g para los puntos A, B y C, respectivamente. La aceleración máxima en la base de la presa (Punto H) fue del orden de 0.16g, la comparación entre esta aceleración y la obtenida en la cresta indica que hay un nivel de amplificación de 1.75.

RELACIÓN DE LICUEFACCIÓN Y TENSIÓN CÍCLICA Las presiones de poro en exceso pronosticadas al final del terremoto se presentan en la Figura 3. Se puede observar que los relaves depositados superficialmente a 10 m de profundidad presentan valores de ru bajos, entre 0.15 a 0.35. Sin embargo, existe una pequeña zona a 5 m de profundidad que alcanza altas presiones de poro en exceso (ru = 0.7). Según estos resultados, en términos de relación de exceso de presión intersticial, no se logra la

licuefacción inicial. Sin embargo, la presión de poro generada durante el análisis dinámico puede llevar a que algunos elementos alcancen la superficie de colapso y luego se licúen.

Figura 2. Historial del tiempo de aceleración en la cresta de la presa inicial y los diques aguas arriba.

Los contornos de esfuerzo cortante cíclico (CSR) calculados en el modelo se presentan en la Figura 4. Se puede observar que en la mayoría de los relaves saturados muestran valores de CSR en el rango de 0.1 a 0.25.

Además, se observan altos valores de esfuerzo cortante cíclico (CSR = 0.5) en una pequeña zona cerca de la superficie.

DEFORMACIONES POSTERIORES AL TERREMOTO Como se vio en las secciones anteriores, la condición de deformación post-terremoto se convierte en el tema principal a evaluar en la estabilidad sísmica de la presa de relaves.

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Figura 3. Exceso de presiones intersticiales al final del terremoto.

Figura 4. Contornos de razón de tensión cíclica (CSR) calculados en el modelo numérico Las deformaciones de la presa posteriores al terremoto se ilustran en la Figura 5 en términos de vectores de desplazamiento y contornos de sombreado; además, se presentan los valores máximos de los desplazamientos horizontales y verticales permanentes para cuatro puntos de seguimiento. Los puntos de monitoreo se ubican en la cresta de la presa de arranque (Punto A), la cresta de los diques aguas arriba hasta la elevación de 1135 msnm (Punto B), la cresta de elevación máxima de los diques aguas arriba (Elev. = 1150 msnm) (Punto C) y superficie de relaves (Punto D). Según estos resultados, la deformación prevista en la cresta de la presa de arranque (Punto A) es inferior al 3% de la altura de la estructura, por lo que se consideran admisibles. Para el punto B, los desplazamientos horizontales y verticales previstos fueron aproximadamente de 6 y 1,5 cm, respectivamente. En el punto C, el asentamiento máximo calculado fue de aproximadamente 6 cm y los desplazamientos laterales de aproximadamente 4 cm. Las deformaciones previstas fueron inferiores al 3% de la altura de la estructura; además, los desplazamientos verticales estimados

representan una pérdida de libre bordo del 2%, lo cual es aceptable.

Según estos resultados, las deformaciones determinadas en la estructura de retención no son significativas para su estabilidad global o local.

Para el punto D ubicado en la superficie de relaves, las deformaciones permanentes al final del sismo fueron del orden de 13 cm (horizontal) y 29 cm (vertical). Las deformaciones se estimaron a 60 m de distancia de la presa.

Los resultados estimados con el modelo numérico indican que las deformaciones máximas calculadas están asociadas a los relaves almacenados en el embalse, además los desplazamientos permanentes inducidos por el sismo son admisibles para el tranque de relaves, considerando como valor umbral el 3% de la altura del depósito. estructura a diferentes alturas. La estructura presentará desplazamientos post-terremoto, que no son suficientes para provocar su falla o inestabilidad. La Figura 5 muestra que el material saturado presentará considerables desplazamientos, predominantemente asentamientos. Sin embargo, estos no son de interés por la estabilidad global de la presa de relaves.

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Figura 5a

Figura 5b Los relaves que desarrollan una alta presión de poro producen deformaciones importantes, lo que hace que los relaves se muevan hacia los diques de retención aguas arriba. La Figura 5 (b) muestra que el mecanismo de falla comienza en el borde de la playa. Esto indica que, a pesar de no lograr la licuefacción durante el terremoto, pueden ocurrir deformaciones importantes.

Además, el análisis dinámico se realizó considerando la saturación en la zona de playa, lo que resultó en importantes deformaciones que comprometen la estabilidad de la presa. Por tanto, la longitud de la playa y el adecuado diseño del sistema de bombeo y drenaje de la presa juegan un papel importante en el comportamiento sísmico de la estructura, en lo que se persigue que las deformaciones permanentes no afecten la capacidad de servicio de la presa de relaves.

convencional del método río arriba; ya que tiene un terraplén de relleno de roca (presa de arranque) que representa la estructura principal de contención de la presa; además, los diques aguas arriba se componen de material prestado.

La estabilidad y el comportamiento dinámico de la presa de relaves en estudio fueron aceptables; Además, las deformaciones posteriores al terremoto no afectan el estado de servicio de la estructura. Para este método constructivo, la longitud de la playa y el sistema de drenaje fueron determinantes para el buen comportamiento sísmico de la estructura.

Sin embargo, el enfoque de este método de construcción conlleva riesgos inherentes que requieren un seguimiento riguroso del diseñador y la supervisión adecuada durante la construcción y operación.

A continuación, se resumen los comentarios y recomendaciones para el análisis y diseño de este tipo de estructuras.

• Las propiedades dinámicas de los suelos suelen estar representadas por curvas de degradación del módulo de cizallamiento y la relación de amortiguamiento en función de la deformación por cizallamiento, y en el caso particular de los relaves, estos no pueden asumirse dependiendo sobre el tipo de suelo, como se hace generalmente en la práctica, que en muchos

CONCLUSIONES El proyecto en estudio consideró dos alternativas de construcción, las cuales se encuentran dentro del marco regulatorio local para las condiciones de la zona. La alternativa presentada en este trabajo involucra el diseño de una presa de relaves por el método río arriba-río abajo con terraplén de relleno de roca. El diseño de esta alternativa no representa el diseño 13

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casos se utilizan curvas predictivas para arenas y arcillas disponibles en la literatura pero que no corresponden a los materiales con los que están constituidos los relaves.

Por lo tanto, es importante tener una caracterización dinámica adecuada para obtener las propiedades específicas de los relaves.

• Los relaves que presentan una participación importante en la estabilidad global de la estructura (como es el caso de las presas de relaves convencionales) son susceptibles a la licuefacción de flujo, que puede ser desencadenada por cargas estáticas o cíclicas, por lo tanto es importante evaluar este fenómeno. Para la licuefacción de flujo es necesario evaluar el comportamiento del suelo, la susceptibilidad a la pérdida de resistencia, la estabilidad mediante el uso de resistencias a cortante post terremoto, el desencadenante de la pérdida de resistencia y las deformaciones.

• Un aspecto importante a considerar en el análisis dinámico es evaluar la generación de presiones de poro excesivas durante la sacudida sísmica, que a su vez puede conducir a algunas deformaciones permanentes que afectan el comportamiento y estabilidad sísmica de la presa.

• La evaluación de licuefacción debe considerar la susceptibilidad al análisis de licuefacción a través de sus propiedades índice. Se recomienda que el potencial de licuefacción en los relaves se evalúe en términos de exceso de presión de poro.

• El método río arriba-río abajo con terraplén de enrocado puede ser una solución adecuada en áreas de alta sismicidad; sin embargo, requiere una adecuada supervisión durante su etapa de construcción y operación.

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