Uso de modelo de avalanchas en la evaluación de componentes mineros

EXPOSICIÓN EN LA SOCIEDAD GEOLOGICA DEL PERU SOBRE EL USO DE RAMMS EN GEOTECNIA

1. “El estudio de modelos de avalanchas aplicado a fallas en componentes mineros (RAMMS)” Expositor: Laura Rojas Perea

2. Temario 1. Introducción 2. Metodología 2.1. Modelo físico-matemático 2.2. Modelo de Voellmy-Salm modificado 2.3. Modelo numérico 4. Análisis de runout Casos de estudio 5. Conclusiones

3. 1. Introducción

4. Rápido movimiento de una masa de material por acción de la gravedad , se desarrolla en pendientes con alta energía y gran capacidad destructiva. ¿Qué es una avalancha? ¿Qué es una avalancha de rocas? Son flujos de alta velocidad de roca fragmentada que alteran dramáticamente el paisaje. ¿Qué controla el movimiento de las avalanchas? La interacción con el sustrato (nieve, sedimentos saturados y roca). Davies (2018)

5. Casos históricos Aaron et al (2019)

6. 2. Metodología

7. 2.1 Modelo físico-matemático Física granular  modelos discretos o de mecánica de fluidos. Modelos de mecánica de fluidos  F lujos granulares secos y avalanchas de rocas  F ase de flujo denso Modelo simplificado  “ Fluido equivalente " . El comportamiento dinámico  Ecuaciones de conservación de masa + resistencias basales “Las avalanchas de rocas, aunque constituyen un flujo altamente fragmentado y heterogéneo, pueden representarse en RAMMS mediante un fluido equivalente que sigue las ecuaciones de Saint- Venant , aplicando el modelo basal de Voellmy-Salm modificado para capturar la fricción de Coulomb y la disipación turbulenta propia de estos movimientos rápidos.” Manzella et al (2008)

8. 2.2 Modelo de Voellmy-Salm modificado El modelo de fricción utilizado en RAMMS aplica la ley de fricción de Voellmy , que divide la resistencia por fricción en dos componentes: Componente seco  C oeficiente de fricción tipo Coulomb (μ) Componente viscoso-turbulento  C oeficiente de fricción turbulenta (ξ) Salm (1993) y Bartelt et al. (2015) modificaron este modelo al incorporar la cohesión (N₀​) en el componente de fricción seca para reflejar el comportamiento del flujo en situaciones de alta resistencia interna.   Aunque el modelo Voellmy-Salm modificado ha sido aplicado para analizar avalanchas de nieve, este estudio ha determinado que es útil para el flujo de materiales granulares secos. BARTELT et al. (2015)

9. 2.3 Modelo numérico RAMMS resuelve las ecuaciones de Saint- Venant en 2D (también llamadas ecuaciones de aguas poco profundas o shallow-water equations ), adaptadas a flujos de detritos/avalanchas de conservación de masa y momento. RAMMS usa un esquema Godunov de volúmenes finitos sobre una malla regular ( grid cuadrado, típicamente 10–25 m de celda en aplicaciones prácticas). La resistencia basal que RAMMS aplica es Voellmy-Salm (μ, ξ) . A veces se dice “modificado” porque no es exactamente igual al Voellmy de avalanchas de nieve original, sino ajustado para detritos y rocas. En RAMMS, desde el inicio el volumen se trata como un flujo continuo promediado en profundidad. No es que se modela un bloque rígido que después se convierte en flujo (como en Dan3D-Flex).

10. RAMMS representa un flujo granular como un fluido equivalente gobernado por las ecuaciones de Saint- Venant , con resistencia basal descrita por Voellmy-Salm modificado, resuelto en una malla numérica mediante volúmenes finitos. Modificado de Hungr , 1995)

11. McKinnon (2008) Sosio (2007) Zimmermann et al. (2020) Schraml et al (2015) BARTELT et al. (2015)

12. 3. Análisis de runout en componentes mineros

13. Análisis o evaluación de riesgos Análisis de LEM 3D, obtención de superficie de falla y cálculo del volumen desplazado . Evaluación del runout y determinación de la huella de afectación en RAMMS . CDA(2021)

14. 4. Aplicaciones y casos de estudio

15. Comparación entre release area (block release ) e hidrogramas ξ =1000 m/s2, µ=0.2 y No=500kpa CON HIDROGRAMA BLOCK RELEASE El manual sugiere usar " release area con un depth dado" para flujos no canalizados o desprendimientos superficiales, y el hydrograph para flujos canalizados.

16. Caso de estudio

17. 5.Conclusiones RAMMS ( Rapid Mass Movement Simulation ) resuelve las ecuaciones bidimensionales de aguas poco profundas adaptadas a flujos granulares, mediante volúmenes finitos. El flujo inicia como un volumen definido sobre un DEM y se modela como masa continua promediada en profundidad. La energía potencial se convierte en cinética, y las pérdidas se controlan por la resistencia basal de Voellmy – Salm , que combina fricción y disipación turbulenta, determinando el recorrido y la detención del flujo. El modelo de fluido equivalente , combinado con el modelo Voellmy-Salm modificado, es efectivo para simular el movimiento de un fallo en estructuras, como en el caso de deslizamientos de rocas o flujos de escombros. Los parámetros calibrados del modelo sirven como referencia para el análisis de recorrido (run out ) en estructuras mineras con materiales gruesos , ayudando a predecir movimientos peligrosos. Este enfoque permite modelar flujos de materiales densos en minería, facilitando la predicción de deslizamientos y flujos de escombros, contribuyendo a la gestión de riesgos . El modelo simplificado pero preciso es útil para simular el comportamiento de materiales granulares en terrenos tridimensionales, transformando energía potencial en energía cinética y considerando la fricción basal .