Influencia de la microestructura y deformación cortante cíclica de mineral lixiviado en el desencadenamiento de licuación

Abstract

El procedimiento estándar de evaluación del desencadenamiento de la licuación de mineral lixiviado de gradación fina, en una primera etapa de análisis, se realiza de acuerdo con el enfoque clásico del esfuerzo cíclico bajo los preceptos del método simplificado aceptado en el actual estado de la práctica. Para ello es posible usar distintas investigaciones de campo in situ para estimar la CRR del mineral, de las que se prefiere el SCPTu. Este permite medir siete parámetros in situ que en conjunto se emplean para obtener la velocidad de ondas de corte (Vs), presión dinámica de poros y resistencia por punta normalizada, que son índices del desempeño del mineral lixiviado a pequeñas y grandes deformaciones, respectivamente. Al calcular la CRR del mineral lixiviado bajo los enfoques de la Vs y del cono se obtiene una aparente divergencia en sus estimaciones y surgen dudas de cuál es la de mejor confiabilidad lo que en muchos casos resulta en la selección del enfoque del cono que logra las estimaciones de menor magnitud, dejando de lado la VS que es acaso el parámetro más importante en dinámica de suelos. Sin embargo, en una pila de lixiviación, la aplicación directa del enfoque del cono puede subestimar la CRR y por mucho, sobre todo si la VS indica que existe una alta rigidez que contrasta con la aparente fragilidad capturada por la Qtn,cs. En esta investigación se ha explorado las ventajas del uso de la VS, sin prescindir de la Qtn,cs, a través del empleo del índice KG para evaluar cuantitativamente la microestructura de mineral lixiviado y que, en conjunto de uno de los fundamentos de la teoría de deformaciones cíclicas —la 𝛾𝑡ℎ por debajo de la que no es posible inducir un exceso de la presión de poros— contribuye en la redefinición de la curva estándar de desencadenamiento de la licuación manteniendo el enfoque clásico del esfuerzo de corte cíclico y vinculándola a un parámetro que tiene relación directa con el aspecto físico del fenómeno de licuación que es el incremento súbito de las presiones de poro en equilibrio. La evaluación acoplada basada en el esfuerzo cíclico y la deformación cíclica, indica que los suelos con altos índices de KG presentan una alta resistencia a la licuación a bajos niveles de carga cíclica, característicos de un evento de periodo de retorno de 100 años, para pilas de lixiviación de corto periodo de exposición (≤10 años) o a etapas intermedias de naturaleza temporal que clasifiquen como una de consecuencias bajas si fallara, que es mayor a aquella resistencia a la licuación basada en correlaciones de la presión de punta de cono (qc) de arenas holocénicas. Los resultados obtenidos también permiten estimar cuál sería el evento que desencadenaría licuación de acuerdo con los aspectos particulares del mineral lixiviado, cuantificada con base en el KG, y en el periodo de retorno del evento de diseño, para adaptar los alcances del método simplificado para su uso en un análisis de riesgo preliminar o de primer filtro que permita identificar cuáles son las capas de mayor interés que deben ser estudiadas con base en ensayos de laboratorio especiales en las capas específicas que retienen solución, que se encuentran en estado contractivo, y que perderían los efectos de la microestructura en la estimación de su CRR en el caso de la ocurrencia de un sismo de mayor magnitud a la estimada. Bajo la metodología propuesta para la evaluación del potencial de licuación es posible evitar el conservadurismo del método simplificado al mismo tiempo que se explora el potencial de la teoría de deformaciones cíclicas en su aplicación a la evaluación de pilas de lixiviación que tienen a la presencia de mineral lixiviado fino como uno de los problemas más comunes en la práctica actual.

The standard procedure for the liquefaction triggering assessment of fines- dominated leached ore is conducted, in a first stage of analysis, according to the classical cyclic stress approach under the precepts of the simplified method currently accepted in the state of the practice. For this purpose, it is possible to use different in situ field investigations, from which the SCPTu is preferred, to estimate the ore’s CRR. SCPTu allows the measurement of 7 in situ parameters that can further be used to obtain the Vs, u0 and Qtn,cs, which are indices of the performance of the leached ore at small and large strains, respectively. While calculating the CRR of the leached ore under the Vs and cone approaches, an apparent divergence in their estimates is obtained and doubts arise as to which is the one reliable, which in many cases results in the selection of the cone approach solely since lower CRR estimations can be obtained, leaving aside the VS which is perhaps the most important parameter in soil dynamics. However, in a heap leach, the direct application of the cone approach can underestimate the CRR by far, especially if the VS indicates that there is a high stiffness that contrasts with the apparent brittleness captured by the Qtn cs. This research has explored the advantages of the use of VS, without disregarding the Qtn,cs, through the use of the KG index to quantitatively assess the microstructure of leached ore and that, together with one of the foundations of the cyclic strain theory — the 𝛾𝑡ℎ below which it is not possible to induce pore pressure build up — contributes in the redefinition of the standard liquefaction triggering curve, maintaining the classical cyclic-stress approach and linking it to a parameter that is directly related to the physical aspect of the liquefaction phenomenon, which is the sudden increase of pore pressures in equilibrium. The assessment based on the coupled cyclic-stress and cyclic-shear approach indicates that leached ore with high KG indices exhibit higher liquefaction resistance at low levels of cyclic stresses, related to a 100-year return period event, for heap leach pads with a short exposure period (≤10 years), or intermediate stages of temporary nature rated as low by consequence classification, than that based on the Qtn,cs correlations for Holocene sands. The results obtained also allow to estimate which seismic event would trigger flow or cylic liquefaction according to the particular aspects of leached ore, quantified based on the KG, and in the return period of the design event, to adapt the scope of the simplified method for its use in a preliminary or first-screening risk analysis to identify which are the layers of greatest interest that should be studied based on special laboratory testing on the specific layers that retain solution, which are in a contractive state, and which would lose the effects of the microstructure in the estimation of its CRR in the event of the occurrence of an earthquake of greater magnitude than that estimated. Under the proposed methodology for the evaluation of the liquefaction potential, it is possible to avoid the conservatism of the simplified method while exploring the potential of the cyclic strain theory in its application to the heap leach pads assessment which have the presence of fines-dominated leached ore as one of the most common problems in current practice.