Análisis probabilístico de estabilidad de taludes de un depósito de relaves al sur del Perú mediante el método de elementos finitos y equilibrio límite

Abstract

El presente trabajo evalúa la estabilidad de taludes de un depósito de relaves filtrados ubicado al sur del Perú, aplicando un enfoque probabilístico que considera la variabilidad de los parámetros geotécnicos. La metodología combina la modelación por elementos finitos para identificar la superficie de falla más probable y el análisis probabilístico mediante el método de equilibrio límite con simulaciones Monte Carlo, con fines de estimar la distribución del factor de seguridad y la probabilidad de falla. Este trabajo inicia con la caracterización geotécnica de los materiales del depósito, basada en ensayos de campo y laboratorio, a partir de los cuales se construyeron distribuciones estadísticas para cada unidad geotécnica. Conociendo la incertidumbre de los parámetros del suelo, se determinó la superficie de falla más probable mediante el método Point Estimated Method (PEM) en Plaxis 2D, ejecutando 256 simulaciones. Esta superficie se recreó en el análisis de equilibrio límite, estableciendo límites de entrada y salida que restringieron el espacio de búsqueda de posibles superficies de falla. El análisis probabilístico se realizó con simulaciones Monte Carlo hasta lograr la convergencia, permitiendo estimar la probabilidad de falla del talud considerando la variabilidad de los parámetros. Los resultados indicaron un factor de seguridad determinístico de 1.404, valor que cumple parcialmente con el criterio mínimo del MINEM (FS ≥ 1.5). No obstante, la probabilidad de falla fue nula, indicando un comportamiento estable. Se concluye que, aunque no se alcance el factor de seguridad normativo por medios determinísticos, el depósito es seguro y sin probabilidad de fallar.

This study evaluates the slope stability of a filtered tailings storage facility located in southern Peru, applying a probabilistic approach that considers the variability of geotechnical parameters. The methodology combines finite element modeling to identify the most probable failure surface and probabilistic analysis using the limit equilibrium method with Monte Carlo simulations to estimate the distribution of the safety factor and the probability of failure. This work begins with the geotechnical characterization of the storage facility materials, based on field and laboratory tests, from which statistical distributions were constructed for each geotechnical unit. Knowing the uncertainty of the soil parameters, the most probable failure surface was determined using the Point Estimated Method (PEM) in Plaxis 2D, running 256 simulations. This surface was recreated in the limit equilibrium analysis, establishing entry and exit limits that restricted the search space for possible failure surfaces. Probabilistic analysis was performed using Monte Carlo simulations until convergence was achieved, allowing for the estimation of the slope failure probability considering the variability of the parameters. The results indicated a deterministic safety factor of 1.404, a value that partially meets the minimum criterion of the Ministry of Energy and Mines (MINEM) (FS ≥ 1.5). However, the probability of failure was zero, indicating stable behavior. It is concluded that, although the regulatory safety factor is not achieved by deterministic means, the deposit is safe and has no probability of failure.