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Anddes: Metodología del comportamiento sísmico de pads en América del Sur

En América del Sur los pads de lixiviación presentan desafíos significativos en el diseño, operación y construcción debido a las características complejas del terreno donde se emplazan.

Por: Oscar Meza, Luis Rivas y Jesús Negrón

Los pads de lixiviación son estructuras mineras de grandes dimensiones conformadas principalmente por mineral obtenido por voladura en el tajo o triturado en una planta chancadora. Estas estructuras son sometidas a un proceso de lixiviación mediante el riego con diferentes soluciones químicas, mediante las cuales se extraen metales preciosos o básicos contenidos en el mineral de la pila.

En América del Sur los pads de lixiviación presentan desafíos significativos en el diseño, operación y construcción debido a las características complejas del terreno donde se emplazan, que involucran topografías irregulares, climas extremos, altitudes significativas, alta sismicidad, alta precipitación, entre otros. A esto se le debe sumar que el material apilado tiene propiedades geotécnicas variables debido a factores que modifican su naturaleza, como la litología, granulometría, mineralogía y degradación química por la solución utilizada en la lixiviación.

Durante la etapa de diseño, en algunos casos se cuenta con información genérica del mineral que se dispondrá en el pad debido a que se conoce el material que es extraído del tajo; el pad se diseña teniendo en cuenta la granulometría y sus propiedades de resistencia base, los cuales se obtienen mediante ensayos geotécnicos de campo y laboratorio. Sin embargo, durante la operación las propiedades del material pueden variar, cambiando las consideraciones iniciales de diseño. 

En ese sentido, en la fase operativa es recomendable realizar ensayos complementarios que ayuden a un mejor entendimiento de la distribución de materiales que se depositan en el pad, para ello, se debe realizar la caracterización geotécnica del mineral, considerando controles rigurosos en el tajo, en la chancadora, y finalmente en el propio pad, los cuales permitirán verificar la calidad del material depositado.

Debido a la alta variabilidad del material que se extrae del tajo, es probable que el mineral que se deposita en el pad sufra desviaciones en sus propiedades respecto al diseño inicial, razón por la cual, se deben realizar ensayos complementarios para corregir y ajustar dichas propiedades, todo ello con el objetivo de alcanzar el óptimo funcionamiento del pad y garantizar su estabilidad geotécnica.

La desviación de las propiedades del diseño inicial así como el incremento del porcentaje de finos del mineral, puede generar problemas geotécnico-sísmicos en un pad de lixiviación, tal como la licuación sísmica, para evaluar ello, es recomendable ejecutar una campaña de investigación geotécnica en el material apilado consistente en: calicatas, perforaciones sónicas con extracción de muestras con porcentaje de recuperación de 90 a 100%, estudios geofísicos (refracción sísmica, MASW, MAM y tomografía eléctrica) y ensayos de penetración de cono sísmico (SCPTu) incluyendo ensayos de disipación de presión de poros (DPP), complementándose con un sólido programa de ensayos de laboratorio.

Los ensayos SCPTu junto con las perforaciones sónicas, desempeñan un papel fundamental en la caracterización del material apilado, en ese sentido, en el procesamiento de los ensayos SCPTu se debe determinar el índice de comportamiento de suelo (Ic) que, a su vez, debe complementarse con pruebas índice.

Además, los resultados de la tomografía eléctrica aportarán en la identificación de zonas saturadas usualmente asociadas a un alto contenido de finos del mineral apilado, las cuales podrán ser susceptibles a la licuación.

En función de su comportamiento in-situ y las condiciones de drenaje (drenadas o no drenadas), como resultado de la interpretación de los ensayos SPCTu, se puede conocer que el comportamiento del mineral apilado es dilatante o contractivo. Este procedimiento de caracterización geotécnica ayuda a identificar la ubicación y extensión de cada tipo de material dentro del pad y al mismo tiempo proporciona una estimación del tipo de respuesta geotécnica esperada.

Para determinar el potencial de licuación a profundidad se puede utilizar la metodología de cálculo simplificada a partir de la comparación de la relación de esfuerzos cíclicos resistentes (CRR) y actuantes (CSR), este último, si existiese una alta confiabilidad en los parámetros sísmicos del suelo, se puede obtener mediante un análisis de respuesta símica o en todo caso, mediante el método simplificado de Seed e Idriss (1971).

La identificación de la resistencia de los estratos licuables será determinada a partir de ensayos cíclicos y post-cíclicos para luego, mediante análisis de estabilidad, confirmar el desempeño de la estructura.

Finalmente es posible también realizar análisis dinámicos rigurosos, empleando modelos constitutivos avanzados para materiales dilatantes o contractivos calibrados a partir de ensayos cíclicos de laboratorio. A partir de lo descrito anteriormente, se puede evaluar el desempeño geotécnico considerando solicitaciones sísmicas de los pads de lixiviación.

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