Simulación numérica de la construcción del depósito de relaves filtrados Ramahuayco y validación de los parámetros del modelo constitutivo representativo

Abstract

La presente investigación fue realizada tomando como base la construcción del depósito de relaves Ramahuayco propiedad de Catalina Huanca Sociedad Minera SAC, ubicado en el distrito de Canarias, departamento de Ayacucho. El propósito de la investigación consistió en realizar una simulación numérica de la construcción del depósito y validar el modelo constitutivo elastoplástico utilizado. Para ello se definieron las características del material utilizado en la construcción del depósito, además se describieron los ensayos de laboratorio con fines de identificación física y de resistencia para la calibración del modelo constitutivo; posteriormente se obtuvieron los parámetros de los tres modelos a evaluar seleccionándose el modelo que más se acerca al comportamiento observado del material; a continuación se validó el modelo mediante pruebas físicas, luego se calibró el modelo seleccionado con métodos de geomecánica computacional, y finalmente se simuló numéricamente el comportamiento del depósito durante su construcción con un programa de computo vía el método de diferencias finitas. El estudio se justifica por cuanto posee valor teórico, utilidad práctica, por su conveniencia y en base a los beneficios que genera al permitir conocer los desplazamientos internos en el cuerpo de un depósito de relaves en construcción. El estudio se sustenta en la representación estimada de las deformaciones plásticas mediante modelos constitutivos elastoplásticos de segundo orden. Metodológicamente el trabajo de investigación aborda tres modelos constitutivos como el Mohr-Coulomb, Cam Clay Modificado y Cap Yield Soil; se obtuvieron las propiedades geotécnicas para cada uno de los modelos y se comparó con la representación de laboratorio seleccionando el modelo Cam Clay Modificado por el comportamiento de esfuerzo-deformación. Posteriormente se calibró el modelo para ajustarlo a la representación de ensayos de laboratorio y a las mediciones de un inclinómetro instalado en el depósito de relaves. Finalmente se simularon las dos etapas de construcción para conocer las deformaciones del depósito. Los resultados obtenidos de la primera etapa de construcción del depósito indican que los desplazamientos horizontales varían de 20 a 30 cm. De la evaluación del monitoreo del inclinómetro con las predicciones numéricas del modelo indican que los valores son muy cercanos en orden y magnitud. Los resultados de la etapa final de construcción del depósito indican que los desplazamientos horizontales varían de 15 a 40 cm en diferentes partes de la estructura. Esta concentración de desplazamientos forma un tipo de superficie de falla. Los resultados obtenidos indican que el material se consolida y reacomoda conforme se desarrolla la construcción. La investigación permitió llegar a las siguientes conclusiones: (a) La selección del modelo constitutivo a utilizar es dependiente de la cantidad de ensayos de laboratorio que se realicen para conocer sus propiedades físicas, el utilizar un modelo constitutivo de segundo orden como el Cam Clay Modificado o el Cysoil requieren mayor conocimiento de los parámetros del material. (b) La correcta selección de los parámetros del suelo a modelar es esencial para una buena predicción en los proyectos de geoingeniería, donde se utilizan métodos numéricos como diferencias finitas. (c) De la comparación de los modelos numéricos con los registros de ensayos triaxiales de laboratorio, se seleccionó el modelo Cam Clay Modificado porque las curvas de esfuerzo- deformación se asemejaban a los obtenidos en el laboratorio. (d) El modelo constitutivo Cam Clay Modificado presenta una buena capacidad de predecir el comportamiento de una estructura real.

This study was developed based on the construction of the Ramahuayco tailings storage deposit operated by Catalina Huanca mining company. The deposit is located in Ayacucho department and the Canarias district. The goal of the study was to perform a numerical simulation for the construction of the deposit and validate an elastoplastic model used for that purpose. In order to do that the characteristics of the materials used in the construction were defined , also the laboratory tests for the physical and strength characterization of the materials were described, these laboratory tests were used later to calibrated the considered constitutive model. For the simulations initially three numerical models were employed, and the model that was able to replicate closely the behavior of the materials was selected. The next stage considered the calibration of the selected numerical model based on computational Geomechanical techniques. Finally the construction of the deposit was simulated using a software based on the finite difference method. The results obtained from the first stage of the tailings deposit construction show that the horizontal displacements are varying from 20 to 30 centimeters. From the comparison of the recorded displacements in the installed inclinometers and the numerically calculated displacements it is observed that both the recorded and simulated displacements are in close agreement. The results for the final stage of the deposit construction show that the horizontal displacements are varying from 15 to 40 cm depending of the location within the structure. The concentration or accumulation of displacements within the structure could led to a failure surface. The obtained results also show that the materials are consolidating and accommodating during the construction. The study allows to state the following conclusions: a) The selection of the constitutive model to employ is dependent upon the quantity of laboratory tests performed to calculate the model parameters. The use of a second order model such as the modified Cam Clay or Cysoil models requires a greater knowledge of the material parameters. b) The correct selection of the soil parameters is essential for an acceptable estimation in geoengineering projects, where the use of numerical methods is considered as for example the finite difference method. c) from the comparison of the simulated data through the numerical models with the triaxial tests performed in the laboratory, it was selected the modified Cam Clay model for this study, since the stress-strain laboratory curves were replicated in a reasonable way, when the cited numerical model was used. d) The modified Cam Clay model shows appreciable capabilities to predict the behavior of a real geotechnical structure.