Enfoque actualizado para la estimación de la resistencia al corte de enrocados sometidos a altas presiones de confinamiento - Ccotohuanca Huamani, José Luis (2019)
La construcción de grandes estructuras de enrocado, como: presas, depósitos de desmonte, stockpiles, entre otros, ha ganado popularidad en proyectos mineros alrededor del mundo durante los últimos años. Sin embargo, dado que todavía su diseño es en gran medida empírico y basado en el desempeño histórico de otras estructuras, el estudio de las propiedades geomecánicas de un enrocado tiene una importancia significativa para mejorar el entendimiento del comportamiento de este tipo de estructuras. La presente tesis desarrolla un estudio completo acerca de la caracterización de la resistencia al corte de enrocados. El estudio ha incluido una revisión del estado de arte tanto de los enfoques empíricos y experimentales existentes. Adicionalmente, ha considerado la aplicación de ambos enfoques en un caso de estudio real consistente en el diseño de una presa de enrocado con pantalla de concreto (CFRD, por sus siglas en inglés) de 150 m de altura. En referencia a los enfoques empíricos, se han analizado las metodologías de Leps (1970), actualizado en Cunning & Hawley (2017), Barton & Kjærnsli (1981) y Douglas (2002). Asimismo, teniendo en cuenta que el primer enfoque corresponde a la referencia más popular para el diseño de estructuras geotécnicas de enrocados (a pesar que solo ofrece una guía limitada para considerar algunos de los factores más influyentes en la resistencia al corte de estos materiales), se ha considerado útil proponer una actualización de dicha metodología incluyendo una nueva variable denominada “origen litológico de las partículas de enrocado”, en ese sentido, se ha recopilado 189 resultados históricos publicados de ensayos triaxiales a gran escala. De la misma manera, entendiéndose las diferencias del proceso constructivo entre la conformación de una presa (que requiere de procesos de compactación) y un depósito de desmonte (que generalmente es dispuesto en un estado suelto), se han propuesto ábacos independientes de caracterización de la resistencia al corte de enrocados según el tipo de estructura. Por otro lado, respecto al enfoque experimental, en el estudio se ha llevado a cabo una revisión de las limitaciones y criterios de aplicabilidad de los principales métodos de ensayo para obtener la resistencia al corte de enrocados usando la fracción fina, tales como: método de corte (Al-Hussaini, 1983), método de corte y reemplazo (Donaghe & Torrey, 1979), método de la matriz (Sidiqqi, 1984) y método de curvas homotéticas (Lowe, 1964). Asimismo, teniendo en cuenta que este último método (curvas homotéticas) se ha verificado exitosamente para cierto tipo de materiales como gravas fluviales (Gesche, 2002 y De la Hoz, 2007) y balastos (Jernigan, 1998 y Cambio y Ge, 2007) (aunque en la práctica su aplicación se haya extendido a cualquier tipo de muestra sin ninguna verificación), la investigación presenta un análisis detallado de la aplicabilidad y verificación de la metodología de granulometrías paralelas para un material de enrocado de caliza utilizado en una presa de enrocado de 150 metros de altura, donde se han llevado a cabo ensayos triaxiales a gran escala bajo presiones de confinamiento que oscilaron entre 50 kPa a 2000 kPa. Finalmente, se han comparado los resultados obtenidos de la aplicación de los enfoques empíricos y experimentales a través de un análisis completo de estabilidad de taludes de una presa CFRD; el análisis ha incluido técnicas del Método de Elementos Finitos (FEM), como el Método de Reducción de la Fuerza (SRM) y el Método de Equilibrio del Límite (LEM) en condiciones tanto estáticas como pseudoestáticos. Los resultados obtenidos han permitido desarrollar un enfoque actualizado para la estimación de la resistencia al corte de enrocados, el cual ha sido resumido ilustrativamente en un flujograma, que puede resultar útil para el desarrollo de la caracterización geotécnica de grandes estructuras geotécnicas conformadas por enrocados.