Modelamiento de Falla de una Presa de Relaves con OpenFOAM – Caso Tamboraque - Videos

Vista aérea del Reservorio de Relaves Tamboraque (izq.) y representación de la geometría en OpenFOAM

Vista aérea del Reservorio de Relaves Tamboraque (izq.) y representación de la geometría en OpenFOAM

Las presas de relave deben durar para siempre, sin embargo, éstas fallan regularmente debido a una serie de factores relacionados con la construcción y mantenimiento de la mina. De acuerdo a la cronología de WISE Uranium Proyect acerca de las mayores fallas de presas, han ocurrido en los últimos años una falla grande en el 2017, dos en 2016 y la última en Sudamérica fue en 2015 en Minas Gerais – Brasil.

Las fallas de las presas de relave pueden ocurrir en cualquier parte del mundo. En el documento acerca de las ocurrencias de fallas en presas de relave de la International Commision of Large Dams [ICOLD 2001] se indica que Norteamérica es el lugar con más minas y con mayor cantidad de este tipo de fallas. Presas pequeñas con alturas de 15-30 m son las que fallan más [Azam 2010][Rico 2007]. Una de las razones por las que ocurre esto es la falta de regulaciones y la pobre ingeniería requerida en su construcción. En los últimos años la preocupación, regulación y prácticas de ingeniería han aumentado y ello ha provocado la disminución de las fallas: de 50 eventos/década de 1960 a 1980s, a 20 eventos/década en los últimos 20 años [Azam 2010].

Este artículo muestra el modelamiento numérico de la falla de la presa de relaves Tamboraque ubicada en los Andes del Perú. El modelo representa el transporte dinámico de material de relaves como flujo no-newtoniano. El modelo se desarrolló usando los software de código libre OpenFOAM, Salome Platform y QGIS.

 

Riesgos de seguridad y medioambientales

La falla de presas de relave representa un riesgo a la seguridad debido al derrumbe producido, el cual puede alcanzar áreas poblacionales y carreteras. En la mina Tonglvshan en China ocurrió un incidente en 2017 donde dos personas murieron. En la mina Germano en Brasil 17 personas murieron por el derrumbe. Aparte de las víctimas, las casas se destruyeron y las personas se vieron obligadas a dejar el lugar.

Muchas preocupaciones medioambientales están relacionadas a las fallas de las presas de relave dado que el material derramado es rico es metales, sulfatos y puede tener arsénico, nitratos o cianuro. Las relaveras tienen tendencia a interactuar con el flujo superficial y subterráneo dependiendo de las condiciones climáticas/hidrológicas del área. Es importante recordar que la mayoría de fallas de presas se encuentran relacionadas a condiciones climáticas [Azam 2010], así que el escenario de falla puede estar relacionado a un alto caudal en quebradas, las cuales transportarán los contaminantes a kilómetros aguas abajo y ayudarán a infiltrarlos en los acuíferos.

 

Escenario de falla

Se realizó una investigación sobre el software disponible para el modelamiento de deslizamientos por falla de presas de relaves. No se encontraron muchos, y los pocos que hay estaban enfocados a la estabilidad de taludes pero no a la simulación de deslizamientos. Se encontraron algunos casos de modelamiento de deslizamientos con software comercial como Ansys  y con software libre como OpenFOAM.

OpenFOAM fue seleccionado por su simulación numérica. El escenario de falla se conceptualiza como la licuefacción del material de relaves debido a fuerzas externas como estrés físico o sismicidad. La licuefacción es el fenómeno donde los sólidos pierden fuerza y se comportan como líquido. Las presas de relave como líquido se supone que trabajan como un flujo no-newtoniano donde la viscosidad no es constante. El modelo reológico de The Herschel-Bulkley fue seleccionado para describir la relación entre la viscosidad y la velocidad.

 

Acerca del modelo

La geometría de la presa de relaves fue procesada en QGIS y luego llevada a un sistema de coordenadas local en Salome Platform. El trabajo numérico se realizó en Windows con OpenFOAM for Windows.

El modelo tiene 330780 nodos, 134360 triángulos y 1753872 tetraedros. El deslizamiento de los relaves duró 22 segundos y los resultados se muestran cada 0.2 segundos. La simulación en sí es muy pesada e intensiva. En una Core i7 el proceso de simulación tomó 20 horas.

Acercamiento de la grilla del modelo en Salome Platform

Acercamiento de la grilla del modelo en Salome Platform

 

Simulación del deslizamiento

A continuación se presentan unos videos de la simulación del deslizamiento de los relaves.

Vista aérea

Vista isómetrica

Acercamiento al talud

 

Referencias

Shahid Azam, 2010, Tailings Dam Failures: A Review of the Last One Hundred Years, URL: http://www.infomine.com/library/publications/docs/Azam2010.pdf

ICOLD (2001). Tailings Dams - Risk of Dangerous Occurrences, Lessons Learnt from Practical Experiences, Bulletin 121.

M. Rico, G. Benito, A.R. Salgueiro, A. Dıez-Herrero, H.G. Pereira, 2007, Reported tailings dam failures A review of the European incidents in the worldwide context. URL: https://www.researchgate.net/profile/Mayte_Rico/publication/5985618_Reported_tailings_dam_failures_A_review_of_the_European_incidents_in_the_worldwide_context/links/00b49517f8b2ba20a6000000.pdf

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Posted on May 24, 2017 and filed under Medio ambiente, Modelamiento.