Análisis de estabilidad.

Los análisis de estabilidad son sin duda el componente más importante para garantizar la seguridad y la estabilidad de la presa en toda la variedad de posibles condiciones de carga estática, tanto en las fases de construcción y operación como en las fases de postcierre (en presas de relaves).

Esta entrada se encuadra en una serie sobre el diseño geotécnico de presas de relaves. Si quieres revisar las entradas publicadas hasta la fecha, te animo a revisar los siguientes enlaces:

• Diseño geotécnico de presas de relaves. Hacemos una introducción sobre los análisis a realizar, los tipos de presas de relaves y la sección tipo con sus partes principales.

• Riesgo sísmico. Método determinista. Se describe de manera general que es el análisis de riesgo sísmico y se repasa con más detalle el método determinista.

• Riesgo sísmico. Método probabilístico. Como continuación del anterior, se repasa en profundidad el método probabilístico para evaluar el riesgo sísmico.

• Control de filtraciones. El objetivo es diseñar la presa para limitar las filtraciones y que estas se puedan recoger al pie de la presa en una poza o con pozos de bombeo.

De manera más simplificada vamos a ver en qué consiste un análisis de estabilidad y qué herramientas tenemos para realizarlo.

Introducción al análisis de estabilidad.

Para diseñar una presa de relaves segura, hay que entender su estabilidad bajo la variedad de condiciones que podrían darse en el sitio. Esto implica evaluar la estabilidad del diseño en las fases clave de su construcción prevista y volver a calcular la estabilidad si se realizan cambios en el diseño o las condiciones varían a lo largo del ciclo de vida. A la hora de realizar un análisis de estabilidad se deben tener en cuenta cinco consideraciones principales:

• Criterios de los factores de seguridad.
• Parámetros de resistencia y presiones de agua de poros.
• Selección de la sección transversal.
• Método de análisis.

A continuación, vamos a describir cada uno de los puntos.

Criterios de factores de seguridad.

El factor de seguridad es una medida utilizada para representar la mayor capacidad de resistencia de la presa y su cimentación, en relación con la carga creada por la presa. Se calcula como las fuerzas que resisten (o de resistencia) de la presa divididas por las fuerzas de perturbación (o carga) en la presa y su cimentación.

Si el FS

= 1 La resistencia de la presa es igual a la carga.

> 1 La resistencia de la presa es mayor a la carga.

< 1 La resistencia de la presa es menor a la carga.

El factor de seguridad de una presa de relaves se calcula en función de la resistencia de las unidades de suelo dentro de la presa. Hay que tener en cuenta que cada unidad de suelo puede tener una resistencia diferente. Una capa más resistente será más estable, por lo que, si es lo suficientemente grande, podrá soportar grandes cargas y podrá evitar que la presa falle.

Es importante señalar que la mayoría de las normativas exigen un factor superior a 1 para considerar la estructura como estable. Vamos a hablar sobre esto un poco más a delante.

Las líneas verticales se denominan cortes, donde cada corte representa los esfuerzos en esa parte de la instalación. El software de modelización se utiliza para calcular los esfuerzos de cada corte, que luego se suman para calcular la estabilidad de la superficie de deslizamiento.

La línea curva representa una superficie de deslizamiento, o la extensión de una falla potencial dentro de la TSF

Parámetros de resistencia

Los parámetros de resistencia deben seleccionarse son:

• Drenada. El desplazamiento o el corte se producen con la suficiente lentitud como para que no se desarrollen presiones de poros excesivas. Este análisis es más relevante si los materiales son densos o dilatantes
• No drenada.
• Post-sísmica, post-liquefacción o residual.

Los factores de seguridad que utilizan los parámetros de resistencia drenada describen la estabilidad de la presa si el desplazamiento o el corte se producen con la suficiente lentitud como para que no se desarrollen presiones de poros excesivas. Este análisis es más relevante si el relleno de la presa son densos o dilatantes. Si los suelos son sueltos o contractivos, la estabilidad de la presa estará controlada por la resistencia no drenada de estas unidades.

Por otra parte, podemos diferenciar entre para resistencia drenada:

• Pico: la que se supera para que falle la presa.
• Residual: La resistencia que queda tras una rápida pérdida de resistencia no drenada desde el máximo. Es la que había que utilizar en fenómenos de licuefacción.
• Remodelada: Es la que se desarrolla después de una gran deformación, como por ejemplo tras un terremoto.

Es importante tener claro cuál es nuestro escenario para aplicar los parámetros resistentes adecuados.

Esta tabla muestra los factores de seguridad mínimos requeridos para los análisis que utilizan estos parámetros de resistencia.

En los análisis de estabilidad deben especificarse las presiones de agua de poros. Estas pueden determinarse utilizando una o más de las siguientes opciones:

• Datos del piezómetro.
• Datos de la prueba de cono de penetración (CPT) con disipación de presión de poros.
• Análisis de filtraciones.

Selección de la sección transversal.

Para calcular la estabilidad en una presa, es necesario dividir el perímetro de la estructura en una serie de sectores-regiones de diseño con una geometría de la presa y geología similares.

A continuación, se dibujan secciones transversales a través de estos sectores de diseño. La estabilidad debe calcularse para cada una de estas secciones transversales, de modo que se comprendan las variaciones de la estabilidad alrededor del perímetro.

Métodos de análisis

Una vez definidos el factor de seguridad, los parámetros de resistencia, las presiones de agua de poros y las secciones transversales, es el momento de elegir un método para el análisis de estabilidad.

El enfoque más común para completar un análisis de estabilidad es utilizar el método de equilibrio límite. Este enfoque está bien establecido, se remonta a la década de 1930, y puede aplicarse a superficies de deslizamiento potenciales de diversas formas y tamaños.

Al completar estos análisis, es necesario seleccionar la forma y el tamaño de la superficie de deslizamiento para calcular el factor de seguridad. Las dos opciones principales para la forma de la superficie de deslizamiento son circulares o no circulares.

Las superficies de deslizamiento circulares son adecuadas para secciones de presa relativamente homogéneas. Cuando hay un cambio significativo de resistencia dentro de la presa o de su cimentación, es probable que los métodos no circulares sean los más apropiados.

Conclusión de análisis de estabilidad.

En esta entrada hemos intentado acercar al lector las principales etapas en el análisis de estabilidad de presas de materiales suelos, que son la forma en la que se construyen las presas de relaves. En el mundo geotécnico, si hay un análisis que requiere de numerosas iteraciones y análisis de sensibilidad, son los análisis de estabilidad. Se evalúan y comparan numeroso escenarios: diferentes resistencias, superficies de deslizamiento, configuraciones de la presa, etc. Es un trabajo delicado y que requiere de personal muy experimentado.

Les agradezco mucho su tiempo y nos vemos en futuras entradas.