Por: Fanny Herrera, Luis Chahua y Elio Murrugarra, Knight Piésold Consultores, y David Reaño, Minera La Zanja.

Resumen 

La ampliación del depósito de desmonte de Pampa Verde está muy condicionada por las siguientes limitaciones: (1) las pocas opciones para ampliar lateralmente el contrafuerte existente; (2) la necesidad de satisfacer tanto la estabilidad estática como la sísmica; (3) la necesidad de seleccionar los productos de refuerzo de alta resistencia de forma adecuada; (4) la importancia de ensayar materiales específicos para caracterizar la interacción suelo-geosintético, y (5) la compleja geometría del sistema general, en particular su estabilidad global. 

La instalación existente está estabilizada por un contrafuerte de base reforzado con geosintéticos que incluye un relleno de tierra compactada, con una pendiente de 2.1H:1V, sobre un muro de tierra estabilizado mecánicamente (MSE o suelo reforzado). La estructura MSE incluye secciones de muro MSE superior e inferior con un escalón horizontal en medio. La sección superior es un muro reforzado con geomalla, mientras que la sección inferior es un sistema Terramesh con gaviones reforzados con geomalla. 

El enfoque de diseño general implica un talud de suelo reforzado con geosintéticos (RSS) que utilizaría geomallas de alta capacidad de tracción. Las directrices de diseño para el RSS propuesto son las indicadas por la Administración Federal de Carreteras de Estados Unidos (FHWA-NHI-10-024). 

Un aspecto clave del diseño propuesto es la evaluación adecuada de la interfaz suelo vs geosintético. Se consideraron un total de cinco productos de geomalla para su posible uso en la construcción del talud reforzado con geosintéticos en el proyecto Pampa Verde.

Introducción

Localización del proyecto

El proyecto minero La Zanja, propiedad de Minera La Zanja, está ubicado en el distrito de Pulán, provincia de Santa Cruz de Succhabamba, en el departamento de Cajamarca, a una altura que varía entre los 2,800 y 3,800 metros sobre el nivel del mar (msnm).

El depósito de desmonte de Pampa Verde está situado al sur-suroeste del tajo del mismo nombre y comprende un área total de aproximadamente 188,525 m², después de la ampliación vertical (área efectiva que no incluye el acceso perimetral, los canales de desvío y los taludes de corte y relleno).

Antecedentes

El depósito de desmonte de Pampa Verde fue diseñado por Knight Piésold Consultores, considerando que en su interior se encapsularía un acopio de material inadecuado.

En diciembre de 2013 se finalizó la construcción del dique de contención del depósito de desmonte Pampa Verde, compuesto por un relleno de tierra compactada de 29 m de altura, con una pendiente de 2.1H:1V, sobre un muro de tierra mecánicamente estabilizada (MSE o suelo reforzado). La estructura MSE incluye secciones de muro superior e inferior con un escalón horizontal entre ellas, la sección superior es un muro reforzado con geomalla, mientras que la sección inferior es un sistema Terramesh que incluye gaviones reforzados con geomalla. 

La Figura 1 muestra una vista aérea de las condiciones actuales del depósito de desmonte y la Figura 2 presenta una vista general de la estructura MSE existente y un detalle del contrafuerte reforzado existente.

Durante la operación del depósito de desmonte y el acopio de material inadecuado, se produjeron varios cambios, principalmente debido a las propiedades de los materiales almacenados. Inicialmente, el depósito de desmonte Pampa Verde fue diseñado para almacenar roca silícea, pero en la práctica se acopiaron hasta cuatro tipos diferentes de materiales: argílico, argílico avanzado, sílice masiva y sílice moderada.

Por ello, Minera La Zanja solicitó a Knight Piésold el rediseño del depósito con el fin de implementar las medidas necesarias para asegurar su estabilidad física, lo que obligó a determinar las propiedades de los materiales mediante una investigación geotécnica. Como resultado del rediseño del vertedero de Pampa Verde, Knight Piésold desarrolló un plan de carga para conformar los cuatro tipos de materiales identificados.

Para aumentar la capacidad de almacenamiento, Minera La Zanja solicitó el diseño de una ampliación vertical del depósito de desmonte para elevar su cota aproximadamente entre 15 y 20 metros. El enfoque general para estabilizar la ampliación vertical implica el diseño y la construcción de un talud de suelo reforzado delante del contrafuerte existente. La elevación del depósito de desmonte Pampa Verde permitirá una capacidad de almacenamiento adicional de 0.94 millones de metros cúbicos, en comparación con su configuración inicial.

Caracterización de la zona

Geología local

A nivel local, en la zona del proyecto La Zanja existen principalmente rocas volcánicas piroclásticas y derrames de las formaciones Lama del Terciario inferior y rocas volcánicas de la Formación Porculla del Terciario medio. Las rocas de la Formación Huambo del Terciario superior aparecen al noroeste, fuera de los límites del área del proyecto.

Investigación geotécnica

Antecedentes

La primera investigación geotécnica se realizó entre el 16 de agosto y el 11 de octubre de 2010, con el fin de determinar las características geotécnicas de las superficies de cimentación donde se construiría el depósito de desmonte Pampa Verde y las estructuras asociadas. Los trabajos de campo consistieron en seis sondajes, 46 calicatas, pruebas con penetrómetro dinámico de punta cónica (DPL) y cartografía geológica-geotécnica. 

La segunda investigación geotécnica se llevó a cabo en junio de 2013 y consistió en seis sondajes, nueve calicatas y cuatro pruebas de densidad in situ que se llevaron a cabo por el método de sustitución de agua. La tercera investigación geotécnica se realizó entre el 5 y el 25 de junio de 2014 para caracterizar los materiales que estaban almacenados en el depósito de desmonte. Se han realizado dos sondeos, 12 calicatas (muestreo para pruebas de granulometría a gran escala) y ocho pruebas de densidad in situ por el método de sustitución de agua en los materiales argílicos y arcillosos avanzados.

En noviembre de 2014 se llevó a cabo una investigación geotécnica adicional para caracterizar los materiales arcillosos y avanzados que se habían conformado. Se realizaron dos calicatas, dos pruebas de granulometría a gran escala y siete pruebas de densidad in situ por el método de sustitución de agua. Entre abril y junio de 2017 se desarrolló una investigación geotécnica con el objetivo específico de diseñar la elevación del depósito de desmonte, habiendo caracterizado los materiales almacenados y la cimentación en el lugar del talud de suelo reforzado proyectado.

Trabajos de campo

La investigación geotécnica de campo consistió en la realización de siete sondajes y 23 calicatas. Los sondeos geotécnicos verticales alcanzaron profundidades variables entre 15 m y 90 m, en los que se realizaron Ensayos de Penetración Estándar (SPT) y Ensayos de Penetración a Gran Escala (LPT), así como pruebas de permeabilidad in situ, Lefranc (en suelos) y Lugeon (en rocas). 

En las calicatas, que alcanzaron profundidades que varían entre 0.8 m y 5.6 m, se realizaron seis pruebas granulométricas a gran escala y seis pruebas de densidad in situ mediante el método de sustitución de agua. Además, se tomaron registros detallados de la estratigrafía de los materiales encontrados, se realizaron pruebas in situ y se tomaron muestras de suelos alterados y no alterados para las pruebas de laboratorio.

Georys Ingenieros, realizó pruebas de prospección geofísica consistentes en 14 mediciones de ondas superficiales en arreglos multicanal por el método de Análisis Multicanal de Ondas Superficiales (MASW), nueve lecturas por el método de Medición de Arreglos de Microtremores (MAM) y tres líneas MASW 2D. Para controlar el nivel de agua en el acopio de material inadecuado y en el depósito de desmonte, se instalaron seis piezómetros Casagrande.

Pruebas de laboratorio

Se desarrollaron pruebas de laboratorio para determinar las propiedades de los materiales, incluida la roca existente en los cimientos. Con el fin de evaluar el potencial de generación de drenaje ácido, se realizaron pruebas geoquímicas utilizando el método Sobek Modificado (ABAM), en el laboratorio de ALS Environmental Chemex (Perú). También se hicieron ensayos de laboratorio de la geomalla y de esta frente a la interfaz de suelo (ASTM D5321) en TRI Environmental Inc. (TRI), Texas, EE.UU.

Sismicidad de diseño

Existen tres estudios de peligrosidad sísmica desarrollados para la ubicación específica del proyecto La Zanja, el último de ellos fue en junio de 2017 elaborado por ZER Geosystem Perú, que incluyó la caracterización de las fuentes sismogénicas cercanas al sitio de estudio, la elaboración del modelo sísmico basado en la Ecuación de Predicción de Movimientos del Suelo (GMPE), la evaluación de la peligrosidad sísmica a través de las metodologías probabilística y determinista, el análisis de desagregación sísmica y la generación de cinco acelerogramas sintéticos ajustados al Espectro de Peligro Uniforme del sitio.

Los resultados del peligro sísmico probabilístico se presentan en la Tabla 1 para un suelo de tipo "B", de acuerdo con el Código Internacional de Construcción (IBC). Para evaluar la estabilidad física de las estructuras de almacenamiento de residuos mineros, se recomienda utilizar como sismo de diseño el que corresponde a un periodo de retorno de 1 en 100 años, durante la operación, criterio que es aceptado mundialmente para el diseño de este tipo de estructuras. 

Según la "Guía Ambiental para la Estabilidad de Taludes de Depósitos de Residuos Mineros Sólidos" del Ministerio de Energía y Minas del Perú (Minem), el coeficiente sísmico puede variar de 1/2 a 2/3 del pico de aceleración horizontal del suelo, es decir, de 0.07 a 0.10. A efectos del diseño sísmico (análisis pseudoestático) de la elevación del depósito de desmonte, se utilizó 0.12 con criterio conservador, para condiciones de operación.

Ampliación vertical del depósito de desmonte Pampa Verde

Criterios de diseño

Los criterios de diseño utilizados han sido propuestos por Knight Piésold de acuerdo con los estándares internacionales y los requerimientos nacionales para este tipo de estructuras, los cuales fueron aceptados por Minera La Zanja, como se presenta en la Tabla 2.

Limitaciones del proyecto

Las limitaciones del proyecto son las siguientes:

ν Mínimas opciones para ampliar lateralmente el contrafuerte existente para evitar invadir las instalaciones mineras existentes.

ν La necesidad de satisfacer tanto la estabilidad estática como la sísmica.

ν La necesidad de seleccionar adecuadamente los productos de refuerzo de alta resistencia.

ν La importancia de probar materiales específicos para caracterizar la interacción entre el suelo y la geomalla.

ν La compleja geometría del sistema en su conjunto, en particular su estabilidad global.

Diseño de taludes de suelo reforzado

Descripción general

Para aumentar la capacidad de almacenamiento del depósito de desmonte Pampa Verde, se propuso la ampliación vertical del dique de contención mediante un talud reforzado con geomallas uniaxiales. La coronación del talud de suelo reforzado tendrá una anchura de 10 m, una pendiente aguas arriba de 2H:1V y se apoyará en el dique de contención existente, mientras que la pendiente aguas abajo será de 1H:1V. 

La altura total del talud reforzado alcanzará los 41 m. Al pie del talud de suelo reforzado, se propuso formar un terraplén de refuerzo con una pendiente de 2H:1V. El material de desecho dentro del depósito se ajustará a una pendiente general de 2.5H:1V, en elevaciones de 10 m de altura, con pendiente de 1.4H:1V, debiendo mantener bermas de 11 m de ancho entre las elevaciones de material de desecho. El volumen adicional a almacenar será de 941 900 m³.

Geometría de taludes

Para el análisis se ha considerado el tramo que recorre longitudinalmente el depósito de desmonte Pampa Verde, considerado el más crítico por abarcar la mayor cantidad de material de desecho y la mayor pendiente aguas abajo del dique existente (por donde pasa la rampa de transporte). Asimismo, se ha considerado la pendiente general del talud reforzado proyectado. La ubicación de la sección analizada se muestra en la Figura 3.

Propiedades de los materiales

Para la caracterización geotécnica de los materiales involucrados en el análisis de estabilidad de taludes, se utilizaron los resultados de la investigación geotécnica desarrollada para el diseño de los residuos mineros, así como los resultados de las investigaciones geotécnicas anteriores (2010, 2013 y 2014). Las propiedades de los diferentes materiales que intervienen en el análisis de la estabilidad de los taludes se presentan en la Tabla 3.

Condiciones del nivel piezométrico

El nivel piezométrico se definió a partir de los registros de los medidores instalados en los siete sondajes de la investigación geotécnica realizada en junio de 2017. Se consideraron dos niveles piezométricos: 

ν Profundidad variable entre 26.4 y 36.8 m respecto al nivel del suelo existente. Este nivel aparece debido a la humedad del material vertido y a las filtraciones que se han producido en el interior del depósito de desmonte existente. 

ν Profundidad variable entre 38 y 75.2 m con respecto al nivel del suelo existente. Este se encuentra cerca del nivel de cimentación del depósito.

Análisis de extracción de geomallas

Se utilizó el programa informático Ressa versión 3.0, que pertenece al Adama Engineering Inc., y permite desarrollar el análisis de estabilidad considerando el tipo de falla traslacional a través de la interacción entre la geomalla y el suelo. Se han utilizado los resultados de las pruebas de laboratorio de la interfaz suelo vs geomalla uniaxial y el rendimiento de la geomalla. El esfuerzo de diseño admisible de las geomallas uniaxiales fue de 230 kN/m.

Los análisis de extracción de las geomallas se realizaron en condiciones estáticas y sísmicas (análisis pseudoestático). Los resultados de los análisis de extracción de las geomallas muestran un factor de seguridad estático mínimo de 1.51 y un factor de seguridad pseudoestático mínimo de 1.16.

Análisis de estabilidad de las instalaciones del depósito de desmonte

Los análisis de estabilidad de taludes asociados a la ampliación vertical del depósito de desmonte Pampa Verde se desarrollaron con el programa informático SLOPE/W® versión 7.23, para condiciones estáticas y sísmicas (análisis pseudoestático). Se estudió los siguientes casos:

ν Falla global de la pendiente aguas abajo. Fallas a través del cuerpo del talud de suelo reforzado y del depósito de desmonte actual y proyectado.

ν Falla local aguas abajo de la base del depósito de desmonte. Fallas a través del talud reforzado con geomallas uniaxiales.

ν Falla global de la pendiente aguas arriba. Fallas de pendiente en los materiales de desecho existente y proyectado.

El modelo geotécnico se muestra en la Figura 4 y los resultados de los análisis de estabilidad de taludes se presentan en la Tabla 4.

Evaluación de geomallas uniaxiales

Métodos y criterios de ensayo

Los resultados obtenidos no serían válidos en el caso de que no existiera una adecuada interacción entre las geomallas y el suelo a utilizar en la construcción del talud reforzado, por lo que una correcta elección de las geomallas es especialmente relevante en este proyecto, principalmente por los siguientes aspectos:

ν La estructura es relativamente alta, lo que conduce a la selección de productos geosintéticos de alta resistencia a la tracción.

ν El corte directo es un modo de falla relevante para la configuración de este proyecto. Por consiguiente, la resistencia al cizallamiento entre el suelo y las geomallas debe caracterizarse adecuadamente, no solo para la evaluación de la extracción, sino también para los análisis de cuñas.

ν Debido al contacto potencial entre los refuerzos de la geomalla y los materiales de relleno ácidos, las consideraciones de degradación química son más relevantes que para las estructuras de contención convencionales.

Una evaluación adecuada de la interfaz suelo vs geomalla comienza con el establecimiento de las condiciones de ensayo utilizadas para determinar las propiedades de la interfaz entre las geomallas uniaxiales y el material de relleno. El programa de pruebas de interfaz se desarrolló en el laboratorio de TRI Environmental Inc., ubicado en Austin, Texas.

Geomallas contempladas en el programa de pruebas

Se consideraron un total de cinco productos de geomalla para su posible uso en la construcción del talud reforzado para el proyecto. A efectos de este trabajo, nos referiremos a las geomallas como "Geomalla 1" a "Geomalla 5". Los polímeros utilizados en el proceso de fabricación y los principales resultados de los ensayos de tracción de gran anchura (ASTM D 6637, método B) se resumen en la Tabla 5.

El diseño preliminar consideró una resistencia a la tracción admisible (inicial) de 230 kN/m, que fue la base para la identificación de los cinco productos de geomalla. Cabe señalar que esta resistencia se define como la oposición a la tracción máxima penalizada por los factores de reducción (daños de construcción, degradación, fluencia). Los factores de reducción para cada geomalla son diferentes y se establecen mediante la documentación certificada proporcionada por los fabricantes. La Tabla 6 resume la resistencia a la tracción máxima según los ensayos realizados en el TRI, los factores de reducción y la oposición a la tracción admisible prevista.

Como se muestra en la Tabla 6, las Geomallas 1 y 2 condujeron a una resistencia a la tracción admisible que está ligeramente por debajo de los 230 kN/m considerados originalmente en el diseño preliminar. La Geomalla 3 dio lugar a una resistencia a la tracción admisible muy inferior a 230 kN/m. Por último, las Geomallas 4 y 5 cumplieron la resistencia a la tracción admisible considerada en el diseño preliminar.

Otras dos consideraciones son importantes para la elevación del dique Pampa Verde:

ν Compatibilidad de las deformaciones del suelo y de la geomalla: como se verá más adelante, el pico de resistencia al cizallamiento del suelo se produce con una deformación de aproximadamente el 5%. Por lo tanto, el esfuerzo específico al 5% de deformación conducirá a un mejor desempeño. Esto se debe a que, aunque la capacidad de tracción de las geomallas puede seguir desarrollándose más allá de una deformación del 5%, la resistencia al corte del suelo ya se habría alcanzado. Por lo tanto, un parámetro relevante a tener en cuenta a la hora de comparar los diferentes productos es la rigidez secante a una deformación por tracción del 5%. 

Con una rigidez secante de 6240 kN/m, la Geomalla 4 es el producto que proporciona la mejor compatibilidad de desplazamiento con el suelo de relleno. Las Geomallas 1 y 5 proporcionan una rigidez secante de aproximadamente 3,500 kN/m. Por último, las Geomallas 2 y 3 proporcionan una rigidez secante inferior a 2,500 kN/m.

ν Resistencia química a los suelos ácidos: un aspecto importante a tener en cuenta en el proceso de selección, que está directamente relacionado con la materia prima polimérica utilizada en la fabricación de las geomallas, está relacionado con la resistencia química de los productos. Mientras que el poliéster (PET) es susceptible de degradación química en entornos básicos (pH superior a 10) y ácidos (pH inferior a 2), el alcohol polivinílico (PVA) ofrece una resistencia química comparativamente alta tanto en entornos muy básicos como ácidos. Aunque la fuente real de préstamo del material de relleno no está definida con precisión, existe la preocupación de que el relleno utilizado en el talud reforzado con geomalla pueda suponer un entorno comparativamente ácido. 

Por consiguiente, los materiales poliméricos como el PP, el PEAD y el PVA ofrecen una mayor resistencia química que el PET. Entre las geomallas consideradas en este proyecto, la Geomalla 4 es el único producto fabricado con un polímero resistente a los ambientes ácidos (PVA), todos los demás productos se fabrican con PET, ya que este material permite una alta resistencia requerida para el proyecto. No se han identificado productos de PP o PEAD que cumplan los requisitos de resistencia a la tracción.

Ensayo de corte directo del suelo

Se realizaron ensayos de corte directo del suelo (ASTM D3080) utilizando muestras tamizadas a un tamaño máximo de partícula de 3/4". Las pruebas se desarrollaron a cuatro presiones de confinamiento diferentes (198, 400, 600 y 800 kPa) y se llevaron a cabo en condiciones de inmersión (con el contenedor inundado una hora antes del inicio del corte). El acondicionamiento de la muestra de suelo implicó la aplicación del esfuerzo normal durante un periodo de 15 minutos antes del cizallamiento. 

La tasa de desplazamiento de cizalla fue de 0.1 mm/min, lo que se consideró adecuado para minimizar el desarrollo de presiones de agua porosa. La mitad inferior de la caja de corte directo tenía unas dimensiones de 457 x 305 mm y se cizalló contra un contenedor fijo más pequeño (la mitad superior con unas dimensiones de 305 x 305 mm). Por consiguiente, no se tuvo en cuenta ninguna corrección de área en la interpretación de los resultados. 

Esta configuración es coherente con el estándar ASTM D5321 utilizado para los ensayos de corte de la interfaz. La prueba de corte suele durar unas 13 horas debido a la tasa de desplazamiento de cizalla comparativamente pequeña. El ensayo realizado a 800 kPa de esfuerzo normal requirió el uso de una caja más pequeña (203 x 203 mm) para alcanzar el esfuerzo normal objetivo.

Ensayo de corte de la interfaz suelo vs geomalla

La Figura 5 (a) a la (e) muestra los resultados del esfuerzo cortante frente al desplazamiento obtenido para los cuatro ensayos de corte de la interfaz suelo vs geomalla realizados con cada una de las propuestas probadas (Geomalla 1 a la Geomalla 5, respectivamente).

La determinación de los valores de resistencia al corte máximo y residual requirió una interpretación cuidadosa. Por consiguiente, para establecer los parámetros de resistencia al corte solo se han tenido en cuenta los resultados indicados con "puntos rojos". En el caso de la Geomalla 1, la resistencia máxima al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de la interfaz de 26 grados y una intersección de adhesión de 134 kPa. 

La resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 24.7 grados y una intersección de cohesión de 89 kPa. El coeficiente de interacción para el pico de resistencia al corte de la interfaz en cuanto a fricción fue de 0.84 y en cuanto a adhesión de 11.75. Además, el coeficiente de interacción para la resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 0.99 y una adhesión de 44.68.

En el caso de la Geomalla 2, la resistencia máxima al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 20.4 grados y una intersección de adhesión de 115 kPa. La resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 14.9 grados y una intersección de cohesión de 70 kPa. El coeficiente de interacción para el pico de resistencia al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 0.64 y una adhesión de 10.11. Además, el coeficiente de interacción para la resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 0.57 y una adhesión de 35.05.

En el caso de la Geomalla 3, la resistencia máxima al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 24.2 grados y una intersección de adhesión de 100 kPa. La resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 24.5 grados y una intersección de cohesión de 77 kPa. El coeficiente de interacción para el pico de resistencia al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 0.78 y una adhesión de 8.80. Además, el coeficiente de interacción para la resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 0.98 y una adhesión de 38,79.

En el caso de la Geomalla 4, la resistencia máxima al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 33.8 grados y una intersección de adhesión de 37 kPa. La resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 28.6 grados y una intersección de cohesión de 33 kPa. El coeficiente de interacción para el pico de resistencia al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 1.16 y una adhesión de 3.23. Además, la resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 1.18 y una adhesión de 16.96.

En el caso de la Geomalla 5, se observó que los resultados de los ensayos realizados a un esfuerzo normal de 800 kPa afectaban significativamente al ángulo de fricción estimado. Sin embargo, se tuvieron en cuenta en la interpretación de los resultados. La resistencia máxima al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 41 grados y una intersección de adhesión de 0 kPa. Sin embargo, la obtención de este ángulo de fricción de interfaz comparativamente alto estuvo muy influenciada por la prueba de 800 kPa. La resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por un ángulo de fricción de 28.1 grados y una intersección de cohesión de 15.4 kPa. El coeficiente de interacción para el pico de resistencia al corte de la interfaz se caracterizó por una fricción de 1.50 y una adhesión de 0. Además, el coeficiente de interacción para la resistencia residual al corte de la interfaz se caracterizó por una de fricción de 1.16 y una adhesión de 7.76.

En la Figura 6 se resumen los resultados de la resistencia máxima al corte de la interfaz para los cinco casos de suelo vs geomalla; las envolventes de resistencia máxima al corte de la interfaz para la Geomalla 4 y la Geomalla 5 (así como la envolvente de resistencia al corte del suelo) se representan con líneas un poco más gruesas. 

La Figura 7 resume los resultados de la resistencia residual al corte de la interfaz para los cinco casos de suelo vs geomalla; las envolventes de resistencia residual al corte de la interfaz para la Geomalla 4 y la Geomalla 5 (así como la envolvente de resistencia al corte del suelo) están representadas por líneas algo más gruesas en esta gráfica.

En la comparación de los diferentes productos, los parámetros más relevantes a evaluar, en relación con sus características de resistencia al corte de la interfaz, son el ángulo de fricción o el coeficiente de fricción de la resistencia al corte. El coeficiente de interfaz más alto para la resistencia máxima al corte fue el de la Geomalla 5 (coeficiente de fricción de 1.50), seguido de la Geomalla 4 (1.16). 

Además, el coeficiente de interfaz más alto para la resistencia residual fue el de la Geomalla 4 (coeficiente de fricción de 1.18), seguido de la Geomalla 5 (1.16). En general, las Geomallas 4 y 5 fueron los productos que proporcionaron el mayor rendimiento de resistencia al corte en la interfaz; la Geomalla 1 también presentó una buena respuesta. Por el contrario, las Geomallas 2 y 3 produjeron resultados comparativamente bajos.

Selección de geomalla de refuerzo

La correcta elección de la geomalla que se utilizará para estabilizar mecánicamente el talud reforzado requiere la evaluación de numerosos factores. Para hacerlo objetivamente, se adoptó un enfoque de ingeniería de valor, a menudo utilizado por la FHWA para evaluar los méritos de diferentes alternativas de estructuras de retención. En concreto, se identificaron los siguientes factores como relevantes para los diferentes productos de geomalla considerados como alternativas:

ν Propiedades de resistencia al corte de la interfaz suelo vs geomalla.

ν Compatibilidad con deformación.

ν Desempeño en ambientes ácidos.

ν Control de calidad de fabricación documentado y factores de reducción.

ν Calidad prevista de la asistencia técnica durante las fases finales de diseño e instalación.

ν Tradición en el uso de los productos de geomalla en aplicaciones geoambientales.

El requisito de resistencia a la tracción no se tuvo en cuenta, ya que era un aspecto mínimo para considerar en los cinco productos de geomalla. Además, el costo tampoco se tomó cuenta entre los factores de selección y, por consiguiente, en esta evaluación solo se ponderaron las consideraciones técnicas.

Dado que no todos los factores son igualmente relevantes, se asignaron calificaciones ponderadas (CP) de 1 a 3 para cada factor seleccionado. Por consiguiente, se asignó una CP de 3 a las propiedades de la interfaz, una CP de 2 al desempeño en ambientes ácidos y al control de calidad de la fabricación, y una CP de 1 al resto de los factores (ver Tabla 7).

Para cada geomalla considerada, se asignó posteriormente pesos cualitativos (PC) que van de 1 a 4 al mérito para cada factor seleccionado. Los valores de PC también se muestran en la Tabla 7. Por último, las puntuaciones ponderadas se obtuvieron multiplicando el CP por el PC, como se resume en la Tabla 7, que también muestra una puntuación final para cada alternativa de geomalla.

Tal y como se presenta en esta evaluación, la Geomalla 4 resultó ser la alternativa más adecuada, con una puntuación agregada de 40. Las Geomallas 5 y 1 se identificaron como alternativas de segundo orden algo distantes, con puntuaciones agregadas de 31 y 21, respectivamente. Finalmente, las Geomallas 2 y 3 fueron identificadas como las alternativas menos apropiadas, con puntuaciones agregadas de 19 y 18, respectivamente.

Se recomienda seleccionar la Geomalla 4 como refuerzo para estabilizar el depósito de desmonte Pampa Verde. Esta decisión se apoya en las diversas consideraciones resumidas en el enfoque de ingeniería de valor documentado en la Tabla 7.

Conclusiones y recomendaciones

A continuación se presentan las conclusiones y recomendaciones derivadas de la ingeniería del diseño de ampliación vertical del depósito de desmonte Pampa Verde:

1. Los análisis de estabilidad de taludes indican que la nueva configuración del depósito se mantendrá estable para condiciones estáticas y sísmicas.

2. Se evaluaron cinco tipos diferentes de geomallas. Los resultados de las pruebas de laboratorio indicaron que, de acuerdo con sus propiedades mecánicas (resistencia y deformación), se recomendaba utilizar la Geomalla 4, cuya materia prima es el alcohol polivinílico (PVA).

3. El revisor principal del diseño geotécnico de la ampliación vertical consideró especialmente sólidos los esfuerzos realizados en la caracterización geotécnica y las evaluaciones de ingeniería llevadas a cabo por Knight Piésold. Se espera que la complementación de este trabajo con la selección de un producto de geomalla apropiado conduzca a una ampliación vertical segura y con buen desempeño en el depósito.

4. Realizar los ensayos de laboratorio de la geomalla a utilizar en la construcción del talud de suelo reforzado, si se utiliza una diferente a la recomendada, para revisar los análisis de estabilidad del talud y verificar el diseño del refuerzo.

Bibliografía

Knight Piésold Consultores S.A. 2018, Crecimiento del Depósito de Material Estéril Pampa Verde - Informe de Diseño, Rev. 0, Perú.

Koerner, R.M. 1998. Designing with Geosynthetics, 4ta edición, Prentice Hall Inc., New Jersey.

National Highway Institute, “Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes".

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