La mecánica granular y su aplicación al análisis de la estabilidad de las presas de relaves - Yanqui Murillo, Calixtro (2023)
El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar los principios de la mecánica granular lineal, poniendo énfasis en la deducción de la ecuación general que describe a los ensambles de esferas, como un modelo del comportamiento de los suelos y relaves, y de la ecuación del valor medio, como principio fundamental de la mecánica estadística de las sustancias particuladas. Sobre estos dos pilares se establecen las cadenas de granos y de fuerzas para describir la transmisión de los esfuerzos gravitacionales, sísmicos e hidrodinámicos. El método usado es analítico, cumpliendo los principios de la investigación teórica: simplicidad, universalidad y poder de predicción. En todos los casos, el análisis comprende la deducción de las fuerzas de contacto en el ensamble rómbico; la suma a lo largo de las cadenas lineales, simétricas y conjugadas; y la transformación de las fuerzas resultantes a esfuerzos cartesianos promedio. La estabilidad de los taludes de la presa de relaves se hace usando el concepto experimental reciente de las bandas de localización de las deformaciones cortantes. La aplicación de la mecánica granular al análisis de la estabilidad de tres presas de relaves peruanas permite comparar los resultados obtenidos. Para las presas de relaves de Río Seco, Untuca y Achilla, el factor de seguridad sísmico, cuando se usa el método del equilibrio límite, es de 1.375, 1.236 y 1.450, mientras que, cuando se usa la mecánica granular, es de 1.510, 1.274 y 1.151, respectivamente. La discrepancia en los valores se debe a los diferentes mecanismos de falla y a las hipótesis distintas que asumen los dos enfoques. Cuando una presa de relaves falla, el factor de seguridad vale 1.0, y, por lo tanto, los parámetros geotécnicos así como las teorías pueden ser sopesados. Con este propósito, se han considerado las presas de relaves mineros de Brumadinho, en Brasil, y de Aznalcóllar, en España, que fallaron y causaron una alta contaminación ambiental. En la primera, el método del equilibrio límite arroja un factor de seguridad de 1.06 asumiendo la licuación del relave, en tanto que la mecánica granular, para la misma condición, da 1.012; pero la mayor discrepancia radica en la geometría de la falla. La segunda es un caso especial de la ingeniería geotécnica, pues la línea de rotura ocurrió en el material geológico diagenetizado de la cimentación; resultando insuficiente el método del equilibrio límite para explicar la causa de la falla, mientras que la mecánica granular arroja un factor de seguridad de 1.001. En ambos casos, la línea de falla dada por la mecánica granular coincide muy bien con la línea de falla observada en el sitio.