Autor: Carlos Soto; Gerente General Anddes Geolab

La teoría de estado crítico es una herramienta fundamental para entender el comportamiento mecánico de los suelos, incluyendo los relaves mineros. Desde el punto de vista experimental, la determinación de la línea de estado crítico (LEC) para relaves requiere la ejecución de ensayos de laboratorio específicos, principalmente mediante el uso del equipo triaxial. Estos ensayos permiten caracterizar la resistencia al corte, la compresibilidad y el comportamiento volumétrico de los relaves bajo diferentes condiciones de esfuerzos.

En el laboratorio, se reconstituyen muestras representativas de relaves (el método moist tamping es el más usado), se satura y consolida a un esfuerzo de confinamiento dado, para posteriormente ser sometidas a deformación controlada hasta un 25% deformación axial, es decir, hasta alcanzar la condición de estado crítico. Esto con el fin de observar su respuesta en términos de carga, presión de poros y cambio de volumen. Una vez culminado el ensayo, la muestra es congelada para determinar con la mayor precisión posible la relación de vacíos en la condición de estado crítico.

La LEC se obtiene graficando los puntos en el estado crítico en los espacios de trayectoria de esfuerzos (p’ versus q’) y relación de vacíos (e versus p’), como se ilustra en las figuras 1 y 2.

En la figura 1, se muestra la trayectoria de esfuerzos p’ – q’ para una muestra de relaves, a partir de la cual se determina la pendiente M que está relacionada con la resistencia al corte.

En la figura 1 se puede observar que se realizaron ensayos no drenados para 100, 300, 600 y 1200 kPa de esfuerzos efectivos de confinamiento, mientras que los ensayos drenados fueron realizados a confinamientos efectivos de 300 y 600 kPa. En este caso se obtuvo un parámetro M=1,65. e1

En la figura 2, se muestra el espacio relación de vacíos e versus p’. Donde los ensayos no drenados se mueven en línea horizontal, desde e1 que representa la relación de vacíos después de la consolidación hasta e2 que representa la relación de vacíos después del corte (condición de estado crítico). Por otro lado, los ensayos drenados, de igual manera se mueven desde e1 hasta e2, en este caso el material presenta cambios volumétricos asociados a un comportamiento contractivo, como también un aumento en el esfuerzo efectivo medio p’.

La ecuación que define la recta de la figura 2 es la siguiente:

e = Γ – λ ln(p’)

Donde λ es la pendiente de la línea de estado crítico relacionada con la compresibilidad y Γ es la altura de la línea de estado crítico a 1 kPa, ambos parámetros definen la curva de estado crítico. En este caso se obtuvieron λ =0,049 y Γ =0,643.

En el caso de los relaves, se debe tener en cuenta su contenido de agua, que influye significativamente en su comportamiento mecánico. Por ejemplo, en condiciones no drenadas, los relaves saturados pueden desarrollar altas presiones de poros, lo que reduce su resistencia al corte aumenta su riesgo de licuación. Por otro lado, en condiciones drenadas, los relaves pueden experimentar una consolidación significativa, lo que afecta su relación de vacíos y resistencia. Estos aspectos son críticos para predecir la estabilidad de los depósitos de relaves.

La aplicación de la teoría del estado crítico (TEC) a relaves mineros tiene implicaciones prácticas importantes. Por un lado, permite evaluar la estabilidad de depósitos y presas de relaves, especialmente bajo cargas estáticas. Por otro lado, ayuda a predecir fenómenos como la licuación, que puede causar fallas catastróficas en depósitos de relaves. Sin embargo, es importante reconocer las limitaciones de la TEC en este contexto, ya que los relaves pueden presentar comportamientos no lineales y anisotropías que no son completamente capturados por la teoría, de allí la importancia de los resultados experimentales, los que deben complementarse con modelos numéricos avanzados y observaciones in situ para una caracterización más precisa del comportamiento de los relaves. En resumen, la TEC es una herramienta valiosa para el estudio de relaves mineros, pero su aplicación requiere un enfoque experimental riguroso y adaptado a las particularidades de estos materiales.