Autor: Carlos Soto, Gerente de Laboratorio geotécnico de Anddes Perú
En la industria minera, es común enfrentarse con el diseño de estructuras relacionadas tanto con la producción de mineral como con la disposición de los residuos generados. En este contexto, es necesario diseñar estructuras geotécnicas como pads de lixiviación, depósitos o presas de relave, botaderos de desmonte, entre otras. Para llevar a cabo el diseño de estas estructuras, uno de los factores principales a considerar son las propiedades geotécnicas de los materiales obtenidas a partir de trabajos de exploración de campo y principalmente a partir de ensayos geotécnicos de laboratorio. Estos pueden incluir tanto los ensayos estándar de caracterización física de los materiales, como ensayos más sofisticados denominados «especiales» (ensayos dinámicos, triaxiales estáticos CD, CU y UU, consolidación, permeabilidad, etc.).
En esta ocasión, deseo resaltar la importancia de dos ensayos dinámicos: Columna Resonante y el Corte Torsional (realizados con un equipo que combina ambos ensayos) y el ensayo triaxial cíclico. Su relevancia es especialmente significativa en regiones sísmicas, donde es de suma importancia conocer la respuesta sísmica de los materiales que conforman las estructuras geotécnicas, ya que una potencial falla de estas podría representar no solo enormes pérdidas económicas y daños ambientales, pero por sobre todo potenciales pérdidas de vidas humanas.
Antecedentes
Hasta el año 2016, la necesidad de realizar ensayos dinámicos por parte de diversas empresas consultoras y mineras se resolvía enviando muestras a laboratorios geotécnicos en el extranjero (principalmente EE.UU.). Esto implicaba complejidades logísticas relacionadas con el envío de muestras, tiempos de entrega que dependían de la disponibilidad de los laboratorios, altos costos de los ensayos y posibles problemas de comunicación entre los solicitantes y los ejecutores de los ensayos.
En este contexto, en Anddes Geolab tomamos la decisión de adquirir en el año 2016 el equipo de Columna Resonante y Corte Torsional (Resonant Column and Torsional Shear o RCTS) de la empresa GEOTAC. Asimismo, recientemente en el año 2022 adquirimos un equipo Triaxial Cíclico para manejar especímenes de hasta 6.0″ de diámetro de la empresa GDS Instruments. La inversión en estos dos equipos nos ha permitido posicionarnos como un laboratorio líder en Latinoamérica en la realización de estos tipos de ensayos y tamaño de muestras, brindándolos con carácter de exclusividad.
Capacidad técnica para la realización de ensayos dinámicos
Es pertinente destacar la capacidad técnica y la experiencia en la ejecución de ensayos dinámicos de nuestro laboratorio geotécnico, ya que, aunque se pueda contar con equipos sofisticados, es crucial disponer de habilidades técnicas para obtener resultados fiables. A continuación, se menciona nuestra experiencia con estos dos ensayos dinámicos.
Columna Resonante y Corte Torsional (RCTS)
En el año 2016 iniciamos esta incursión en los ensayos dinámicos con la adquisición del equipo RCTS, un sofisticado equipo desarrollado por el Dr. Kenneth H. Stokoe de la Universidad de Texas en Austin, cuyo laboratorio ya había realizado varios ensayos RCTS para los proyectos de Anddes en el Perú. En este caso, una vez adquirido el equipo, tuvimos la suerte de contar con el apoyo de Andrew Keene, quien era uno de los alumnos de doctorado del profesor Stokoe y cuya tesis estaba directamente relacionada con este tipo de ensayo. Su profundo conocimiento y la interacción diaria durante una semana con sesiones de casi 10 horas resultaron extremadamente valiosos. Esta experiencia nos proporcionó detalles cruciales para la correcta ejecución del ensayo.
El ensayo RCTS determina las propiedades dinámicas de los suelos como el módulo de corte y la razón de amortiguamiento a pequeñas y medianas deformaciones, las cuales son esenciales para el análisis de la respuesta sísmica de estructuras geotécnicas. Su implementación nos llevó a ser pioneros en Perú y Sudamérica, ofreciendo un servicio que hasta entonces no estaba disponible en la región. Hasta la fecha, hemos completado más de 40 ensayos para los proyectos en varios países de nuestro cliente principal Anddes, así como para diversas empresas consultoras en el Perú.
Triaxial Cíclico
En mi experiencia personal, tuve la oportunidad de realizar una tesis sobre este tipo de ensayos en el laboratorio geotécnico del CISMID de la Facultad de Ingeniería Civil de la UNI, utilizando equipos de fabricación japonesa. La experiencia adquirida al realizar una cantidad significativa de ensayos triaxiales cíclicos destinados a evaluar la licuación de suelos y relaves mineros, nos llevó a tomar la decisión de invertir en un moderno equipo triaxial cíclico de la empresa GDS Instruments. La capacitación proporcionada durante una semana por técnicos de GDS, junto con nuestra experiencia previa, ha fortalecido nuestra confianza en la ejecución de estos ensayos y en la entrega de resultados precisos y fiables.
Uno de los ensayos que se puede realizar con el equipo triaxial cíclico es el de resistencia cíclica por carga controlada que nos brinda como resultado la curva de resistencia cíclica del suelo, herramienta esencial para analizar cómo responde el suelo ante las cargas cíclicas en condiciones no drenadas. Su aplicación radica en la evaluación del potencial de licuación de suelos, la calibración de modelos constitutivos avanzados, entre otras. El equipo triaxial cíclico con el que contamos permite determinar estas curvas en condiciones isotrópicas y anisotrópicas, abarcando un amplio rango de esfuerzos, deformaciones y frecuencias.
El segundo ensayo que se realiza con este equipo es la determinación de las propiedades dinámicas del suelo, pero a diferencia de los resultados proporcionados por el RCTS, este ensayo se lleva a cabo a grandes deformaciones. La combinación de este ensayo con el RCTS nos permite obtener las curvas completas de reducción del módulo de corte e incremento de amortiguamiento con la deformación cortante, debido a que mientras el ensayo de columna resonante mide el comportamiento del suelo en el rango de pequeñas deformaciones, el ensayo de corte torsional permite alcanzar medianas deformaciones y el ensayo triaxial cíclico completa la curva al abarcar grandes deformaciones.
Conclusión
La incursión de Anddes Geolab en ensayos dinámicos destaca la importancia crítica de realizar ensayos específicos y detallados en el análisis geotécnico, en lugar de depender únicamente de correlaciones y estimaciones empíricas, ya que la experiencia indica que no siempre estas correlaciones coinciden con los resultados de ensayos de laboratorio. Los ensayos RCTS y triaxial cíclico, proporcionan datos precisos y confiables de las propiedades dinámicas del suelo y su comportamiento en condiciones reales. Miramos hacia el futuro con el objetivo de seguir implementando ensayos innovadores que permitan una evaluación más completa y real de los diseños geotécnicos, reafirmando nuestro compromiso con la excelencia y consolidando nuestro papel como un laboratorio líder en la región brindando este tipo de ensayos con carácter de exclusividad.
Columna Resonante y Corte Torsional (RCTS)
Triaxial Cíclico
