La mecánica del suelo, disciplina que estudia el comportamiento físico de los suelos y materiales granulares, es una ciencia relativamente joven. Según Bejarano, esta área moderna se inicia hace poco más de 100 años y enfrenta desafíos propios, como la heterogeneidad del suelo, su comportamiento no lineal y la imposibilidad de manipular o diseñar el material base, a diferencia de otros materiales de construcción como el hormigón o el acero.
El suelo es un material natural, variable y complejo, cuyas propiedades dependen del grado de humedad, densidad, y composición de partículas, elementos que afectan de manera directa la estabilidad y seguridad de obras civiles y mineras. La caracterización precisa del suelo es vital para diseñar estructuras capaces de resistir condiciones extremas, evitando fallas catastróficas.
Limitaciones de los ensayos convencionales y la necesidad de grandes muestras
Los ensayos triaxiales tradicionales permiten estudiar muestras cilíndricas relativamente pequeñas, limitadas por el tamaño de las partículas en la muestra. Cuando se trabaja con suelos granulares o gravas, la muestra debe ser considerablemente más grande para representar fielmente la realidad del terreno.
Bejarano señala que para proyectos masivos, como tranques de relaves o embalses, donde las partículas grandes dominan la composición, los ensayos con muestras pequeñas subestiman la resistencia real del suelo, generando diseños más conservadores y costos elevados por movimientos excesivos de tierra. Esto implica que la ingeniería requiere de ensayos en muestras que reflejen mejor la escala y naturaleza del material real.
Innovación en el IDIEM: diseño y construcción del equipo triaxial gigante
Frente a esta necesidad, el IDIEM desarrolló el equipo triaxial gigante, con probetas cilíndricas de hasta un metro de diámetro y casi dos metros de altura, que pueden incorporar partículas grandes sin alteración. Este equipo, único en Latinoamérica y uno de sólo cinco en el mundo, fue diseñado y construido internamente, con un nivel de ingeniería comparable a proyectos aeroespaciales, dada su complejidad.
Asimismo, se destaca que el equipo cuenta con cuatro pistones hidráulicos que pueden aplicar hasta 2,000 toneladas de presión, simulando las condiciones de confinamiento y estrés que experimenta el suelo en terreno, especialmente en estructuras como muros de retención o presas de relaves. Este nivel de simulación es crucial para obtener parámetros precisos de resistencia y deformación, que luego informan el diseño seguro y eficiente de las obras.
Aplicaciones en grandes obras y su impacto en la industria minera y energética
La herramienta tiene un impacto directo en la planificación y ejecución de proyectos que implican movimientos masivos de tierra. Por ejemplo, en la construcción de tranques de relaves o embalses, donde la estabilidad del muro de contención depende en gran medida de la resistencia del suelo que lo sustenta.
Bejarano ilustra que con este equipo se puede caracterizar mejor la resistencia de los suelos granulares, lo que permite diseñar taludes más empinados, reduciendo significativamente los volúmenes de material que deben excavarse o reubicarse. Esto se traduce en ahorros económicos importantes y menor impacto ambiental, al minimizar el movimiento de tierras.
Reconocimiento internacional y muestras provenientes de múltiples países
La relevancia del equipo triaxial gigante del IDIEM trasciende fronteras. Bejarano relató que han recibido muestras para análisis desde países tan remotos como Kirguistán, Australia, Turquía y otros, consolidando al laboratorio chileno como un referente en caracterización geotécnica a nivel mundial.
El proceso de ensayo comienza con la recepción de grandes muestras de suelo, que se montan con densidades que reflejan las condiciones reales de terreno. La operación del equipo es altamente especializada, requiriendo la aplicación precisa de cargas hidráulicas para simular las presiones a las que está sometido el suelo en estructuras reales.
Fuente: Reporte Minero