Por: K. Travezaño y J. Inca, Temra Laboratorio Perú, y F. Pérez, Kest Consulting.ResumenEl Estándar Global de Gestión de Relaves para la Industria Minera (GISTM) ha impulsado a las diferentes operaciones a una mejor gestión y gobernanza de sus depósitos de relaves. Entre sus lineamientos se encuentra la ejecución del análisis de rupturas de presas (Dam Break Analysis - DBA), el cual tiene como finalidad identificar las zonas vulnerables y estimar impactos en la población e infraestructura aguas abajo del depósito durante todas las fases de su ciclo de vida, incluyendo cierre y post cierre. También, la Canadian Dam Association (CDA) propuso una guía para el Análisis de Rotura en Presas de Relaves (Tailings Dam Breach Analysis - TDBA), que aborda aspectos hidrodinámicos, geotécnicos y reológicos.En este estudio, se revisa ambos análisis, junto con los enfoques numéricos disponibles, considerando el modelamiento hidrodinámico, las fases del flujo y la capacidad computacional, analizando a la vez investigaciones experimentales sobre la influencia de las propiedades físicas, químicas, mineralógicas y reológicas de los relaves. Todas estas propiedades son necesarias para una caracterización integral de los relaves, sin embargo, son las propiedades reológicas de estos fluidos bifásicos (sólido – líquido) las que son susceptibles a variar por el cambio en algunos de los parámetros que otorgan las otras propiedades mencionadas, pudiéndose este comportar como un flujo no newtoniano o newtoniano.Los resultados obtenidos sirven de base para sugerir nuevas líneas de investigación. Asimismo, este estudio será de utilidad para los ingenieros especializados en presas y otros profesionales del campo, permitiéndoles cumplir con los estándares del sector e implementar metodologías innovadoras en sus proyectos.Palabras claves: DBA, TDBA, reología, relaves, GISTM.IntroducciónEl manejo seguro de los depósitos de relaves ha cobrado una relevancia crítica en la ingeniería de estas infraestructuras, especialmente tras los desastres asociados a fallas en presas, como fue el colapso en Brumadinho, ocurrido en 2019, que resultó en un desastre ambiental con pérdidas humanas y económicas (Wise Uranium Project, 2020; Silva et al., 2021). Este evento llevo la revisión global de relaves, que a través de una iniciativa conjunta del Consejo Internacional de Minería y Metales (ICMM, por su sigla en inglés), el programa de la Naciones Unidades para el Medio Ambiente (PNUMA) y los Principios de la Inversión Responsable (PRI), colaboraron en la creación y publicación del Estándar Global de la Industria para la Gestión de Relaves (GISTM, por su sigla en inglés) publicado el 2020, para proporcionar estándares de la gestión de riesgos articulados en 15 principios y bajo seis temas (comunidades afectadas, base de conocimientos, diseño/operación, gobernanza, emergencia y divulgación), aplicable a instalaciones nuevas y existentes con criterios auditables.Entre los lineamientos más relevantes del GISTM se encuentra la ejecución de un análisis de rotura de presas de relaves (Dam Break Analysis, DBA) como parte de los planes de contingencia, con el fin de estimar de manera precisa las áreas potenciales de impacto (ICMM, 2020). Estas simulaciones dependen en gran medida de los parámetros reológicos del material de relaves, ya que la reología define cómo se comporta el fluido hiperconcentrado bajo diferentes condiciones de esfuerzo y deformación (Nguyen y Boger, 1983; Coussot, 2005).En este artículo, se revisan los conceptos más relevantes en los estudios de rotura de presas de relaves, con un énfasis particular en la caracterización reológica y la asignación adecuada de modelos reológicos. A través de esta discusión, se busca resaltar la importancia de estos aspectos para mejorar la seguridad y mitigar los riesgos asociados a proyectos mineros.Análisis de rotura de presas de relavesTDBALa falla de presa de relaves se define como una rotura estructural que libera de forma repentina e incontroladamente los relaves almacenados (CDA, 2021), con la finalidad de identificar y reportar el área física aguas abajo impactada por la falla. Justamente, este reporte es un requerimiento solicitado en el GISTM.Los resultados del DBA son utilizados para la clasificación de consecuencias dónde se jerarquiza el nivel de impacto en base al potencial de pérdidas de vidas humanas y sobre el medio que los rodea. Si la clasificación de las presas recae como bajo o significativo, puede que no justifique una evaluación numérica detallada (ICOLD, 2021).Modelamiento numéricoEl modelamiento numérico describe el comportamiento físico del fenómeno a partir de modelos matemáticos que son discretizados con el fin de emplear métodos numéricos que permitan resolver las ecuaciones y se ayuda de las computadoras para procesar gran cantidad de datos de entrada, resolver ecuaciones y reportar los resultados.En ese sentido, el modelamiento permite simular el comportamiento del flujo liberado ante un escenario de falla creíble, con la finalidad de conocer el alcance físico requerido por el GISTM. Asimismo, determinar la velocidad, el volumen, la altura de tirante y el tiempo de arribo cuando la clasificación de consecuencias lo amerite.Un primer criterio es identificar el tipo de fase del flujo: monofásico, bifásico y cuasi-bifásico. El modelo de fases representa el grado de interacción sólido-sólido y sólido-líquido. Cada tipo de flujo presenta diferentes grados de interacción. Por ejemplo, los modelos monofásicos se aplican a flujos con muy baja concentración volumétrica de sólidos (Cv < 20%) o con alta concentración de sólidos de granulometría uniforme (Cv > 50%), compuestos principalmente por suelos finos plásticos (> 50%). En estos casos, la interacción sólido-sólido es mínima o el movimiento está controlado por una matriz viscosa homogénea, por tanto, las ecuaciones se formulan solo para la fase dominante (líquida o mezcla).En los modelos bifásicos, la interacción es tratada de forma independiente para cada etapa, formulándose ecuaciones de movimiento separadas para la fase líquida y la sólida. Este tipo de flujo suele presentar contenidos moderados de sólidos no uniformes y finos de baja plasticidad (20% < Cv < 60%). Por último, el modelo cuasi-bifásico constituye una simplificación del modelo bifásico, en cuyas fases comparten las velocidades de flujo bajo condiciones de densidades mixtas variadas. En la Tabla 1 se resume y comparan las características entre los tres tipos de fases.Un segundo criterio, es definir el enfoque de modelación que está intrínsecamente relacionado al grado de información de los resultados. Por ejemplo, el enfoque físico hace referencia a utilizar las ecuaciones de movimiento para una o ambas fases en una celda unitaria de análisis, mientras que el enfoque semifísico es menos complejo ya que realiza simplificaciones para las ecuaciones y, por último, el enfoque paramétrico solo realiza correlaciones en base a los parámetros evaluados estadísticamente a partir de una colección de datos. La selección del modelo depende del objetivo del estudio y la disponibilidad de datos.A partir de los criterios anteriormente evaluados, se elige el software que cumpla con las características del flujo y los requerimientos del proyecto. Asimismo, un tercer criterio es identificar los modelos reo-lógicos disponibles –relación constitutiva de la resistencia al movimiento de cuerpos tipo flujo– y la compatibilización con el tipo de flujo a simular. Cada software usa un método de análisis: elementos finitos (FEM), volúmenes y diferencias finitos. En la Tabla 3, se muestra un resumen de las características de modelación disponibles para cada software.En suma, la importancia de las Tablas 1, 2 y 3 radica en seleccionar en base a criterios válidos el software de simulación: configuración física de las fases del flujo y el requerimiento del nivel de detalle de la modelación.Caracterización integral de relaves para el DBA O TDBAEl CDA establece los controles ingenieriles en las presas de relaves como parte de las buenas prácticas en la gestión de riesgos geotécnicos relacionados a la ruptura de presa de relaves.Donde la caracterización de los relaves y su comportamiento reológico son aspectos fundamentales en el DBA o TDBA. Cada depósito de relaves debe ser evaluado de forma independiente, debido a que las propiedades de los relaves almacenados dependen de varios factores, partiendo del proceso metalúrgico del que proceden y el cual a lo largo de la operación minera está sujeto a cambios operativos, seguido de la mineralogía que la compone, la distribución granulométrica del material en toda la extensión del depósito, el método de deposición, el sistema de drenaje y el grado de consolidación, todos estos factores pueden variar a lo largo del ciclo de vida del depósito.Por lo que las propiedades a considerar y las principales pruebas que permitan obtenerlas se resumen en la Tabla 4.Los relaves pueden pasar de tener un comportamiento de un flujo no newtoniano a un flujo newtoniano, que puede describirse mediante los parámetros reológicos desde su transporte hasta su desplazamiento.Los parámetros reológicos de viscosidad y yield stress describen la fluidez del material y el esfuerzo requerido para que este se mantenga en movimiento, que pueden variar según el grado de saturación en el que se encuentran o el contenido de agua que presentan, en la que el contacto partícula-líquido o partícula-partícula pueden controlar el comportamiento del flujo.Discusión y futuras perspectivasLa heterogeneidad del relave, en términos de distribución de tamaño de partículas y contenido de agua, requiere que la toma de muestras se realice de forma representativa y en diferentes puntos del depósito, es decir, uno de los desafíos en la caracterización reológica de los relaves es la alta variabilidad en sus propiedades, pues la composición química, mineralógica, proporción de agua y contenido de finos son factores que pueden alterar la respuesta del material.Además, hay una brecha existente con respecto a técnicas de muestreo para la caracterización reológica de relaves activos. Este es un tema de mucha relevancia, pues de esta manera se asegura la confiabilidad de los resultados de laboratorio o representatividad del depósito en su conjunto. Actualmente, las técnicas de muestreo a menudo se limitan a áreas accesibles y no contemplan la heterogeneidad espacial y temporal del depósito., impidiendo la identificación temprana de zonas críticas y la implementación de medidas correctivas oportunas.Es posible que los métodos de muestreo actuales no capturen la variabilidad total de las propiedades de los relaves, lo que afecta las evaluaciones de seguridad y la planificación de emergencias (Ghahramani et al., 2024). Además, la selección de un modelo reológico apropiado influye en la precisión de los resultados.Conclusiones1. Las propiedades reológicas de los relaves depositados son diferentes a la del relave que va a ingresar al depósito, debido a la distribución granulométrica en la que se encuentran, el asentamiento y la consolidación que se da por la liberación del agua, razón por la que deben evaluarse ambos materiales y mantener data histórica reológica.2. Ante una ruptura de presa, la masa de los relaves puede deformarse y comportarse como un fluido, cuya resistencia podría ser menor durante el desplazamiento en comparación con su resistencia inicial, debido a su capacidad de elongación y dispersión.BibliografíaAvksentiev, S. Yu., Semenov, P., & Afanasyev, A. V. 2024. Comprehensive solutions for tailings management at the Usolsky potash plant. Sustainable Development of Mountainous Territories, 16(1), 7–18. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-1-7-18Ayadi, A.J., Soro, J., Kamoun, A., & Baklouti, S. 2013. 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