Para los ingenieros geotécnicos que trabajan en minería, es imprescindible contar con la última tecnología en innovación de software subterráneo a fin de detectar complejidades geotécnicas y tomar decisiones cruciales para la seguridad y la productividad.
Con PLAXIS 3D, el director científico de CCTEG, Wang Yong, y su equipo de investigación pudieron calcular exitosamente la compleja interacción del suelo y las rocas en la mina Laohutai, en China. Hablamos con Miquel Lahoz y Pieter Neethling de Seequent para obtener más información al respecto.
Cuando varios equipos trabajan a todo vapor en una de las minas a cielo abierto más grandes de Asia, la estabilidad de la masa rocosa será una cuestión de notable importancia.
“La mina Laohutai, ubicada en la provincia china de Liaoning, tiene ciertas condiciones geotécnicas que son muy complejas”, explica Miquel Lahoz, director de Producto y Análisis Geotécnico de Seequent.
Los trenes mineros provocan fuertes vibraciones cuando transportan grandes volúmenes de material junto a las laderas de la mina y a través de dos pozos subterráneos inclinados.
Según un artículo publicado por la revista científica MDPI, lo que había que determinar era cómo las intensas vibraciones de las vías férreas podrían afectar la seguridad en las minas.
“Es bastante inusual tener trenes tan cerca del área de trabajo. Estos trenes mineros solo se usan internamente, y las normas permiten que sean más grandes y pesados que los trenes convencionales”, afirma Miquel.
“Por lo tanto, podrían afectar significativamente la seguridad del talud y de los túneles excavados debajo”, agregó. “La seguridad es primordial y siempre hay que barajar la posibilidad de que el talud o el túnel tengan una falla”.
La mina Laohutai, en Liaoning, muestra lo siguiente: (a) el contorno del sitio de la mina; (b) un tramo de carretera y vía férrea. (Crédito de la imagen: MDPI)
Cómo superaron los desafíos geotécnicos
Utilizando el software PLAXIS 3D, Yong y el equipo de investigación crearon un modelo numérico complejo para simular las interacciones multilaterales entre la vía férrea, el talud, los túneles y la geología subyacente.
Con su innovadora capacidad de modelado en 3D, se pueden diseñar y realizar análisis avanzados de deformación de rocas y suelos con elementos finitos. El equipo comentó por qué valora a PLAXIS:
“Su sólida base teórica, su interfaz fácil de usar y su sólida lógica para el análisis en casi cualquier campo de la ingeniería geotécnica”.
Es una parte integral del conjunto de soluciones de gestión de información y análisis geotécnico de Seequent, que es líder a nivel mundial, e incluye GeoStudio y OpenGround.
Miquel aporta 6 años de experiencia en PLAXIS a su cargo en la gestión de productos en Seequent y comprende el valor que nuestro software puede añadir a estas situaciones complejas.
“PLAXIS puede servir para prácticamente cualquier proyecto de simulación geotécnica, ya sea en el suelo, en rocas o con una combinación de ambos”, explica Miquel. “También puede explicar casi todos los aspectos del comportamiento de los geomateriales, incluida la estabilidad y la deformación bajo cargas estáticas o dinámicas”.
Datos adquiridos sobre la simulación de ingeniería
Los ingenieros geotécnicos tienen la tarea de evaluar la estabilidad de taludes y estructuras subterráneas para prevenir o prever posibles colapsos, deslizamientos o fallas.
“Lo que se requiere es lo último en innovación basada en datos, a fin de respaldar una evaluación robusta del entorno subsuperficial circundante”, explica Miquel.
Miquel trabaja para garantizar que nuestro software se diseñe de la mejor manera, a fin de que los clientes puedan resolver desafíos complejos.
“Cuando me comunico con los equipos que trabajan con nuestro software, el objetivo es aprender más sobre su trabajo, su éxito y también comprender mejor sus desafíos”, agrega.
“Además, hay que comunicar esto a nuestros investigadores y desarrolladores para que podamos ofrecer a nuestros clientes un software más refinado y mejorado”.
Comprender los desafíos geotécnicos en la mina Laohutai implica reconocer un contexto bastante multidimensional con respecto a la mecánica de suelos y de rocas. La mina tiene un tamaño enorme, con varios kilómetros de ancho; sin embargo, el análisis geotécnico se centró en un área más pequeña (200 metros de largo por 120 metros de ancho) alrededor de los dos túneles.
“La vía férrea en la mina pasa por la superficie junto a un talud y cruza dos pozos inclinados, que son esencialmente túneles”, explica Miquel. “Los túneles atraviesan una débil capa de roca clorada y están sometidos a las vibraciones constantes de los trenes pesados que pasan”.
Las complejas capas superiores de grava, arenisca, cloración débil y arenisca inferior modeladas en PLAXIS. (Crédito de la imagen: MDPI)
Detección de complejidades geotécnicas
PLAXIS es un software de análisis geotécnico con un diseño específico que permitió al equipo capturar todas las interacciones estructurales y simular el comportamiento complejo tanto de la capa superior del suelo como de la roca subyacente.
Miquel dice que lograron resultados estelares: “Sus predicciones se validaron con mediciones tomadas en el sitio y se descubrió que el talud era estable con un factor de seguridad de 1.2, una cifra muy por encima del umbral del estándar minero chino de 1.05”.
“Descubrieron un desplazamiento máximo en la capa superior de grava de unos 5 milímetros, una medida pequeña y predecible cuando las formaciones rocosas que se encuentran debajo son estables. Además, el impacto de la vibración de la carga tanto en el talud como en los pozos inclinados fue mínimo y la débil capa de roca, en términos de análisis general, tampoco fue un problema”.
PLAXIS no solo ayudó al equipo a evaluar el efecto dinámico de las vibraciones de los trenes en el talud y los túneles, sino también a comprender la influencia de diversas características geológicas, como la grava de la capa superior del suelo, la arenisca subyacente y la roca clorada floja.
Una mina segura es una mina rentable
“No hay ninguna mina en el mundo que sea igual a otra y, como ingeniero geotécnico, la minería ofrece muchas opciones”, comenta Pieter Neethling, director de segmento de Operaciones Mineras de Seequent.
“Eso incluye desde diferentes complejidades y matices geológicos hasta otros desafíos naturales, como la vulnerabilidad sísmica”.
Pieter aporta más de 30 años de experiencia en la industria minera a su cargo en Seequent y entiende que la seguridad es primordial.
“Siempre debemos considerar cuál es la mejor manera de preservar la seguridad de nuestro personal, nuestros equipos y nuestras operaciones”, comenta. “Eso se traduce en tener una mejor comprensión del entorno que nos rodea”.
A diferencia de los materiales de construcción, donde todo está dentro de la comprensión y el control, hay muchos más aspectos para considerar con las variaciones en las propiedades de las rocas.
“Contar con los datos correctos y con herramientas innovadoras como PLAXIS para crear modelos geotécnicos detallados permite garantizar una evaluación exhaustiva del complejo comportamiento mecánico de los suelos y las roca”, explica Pieter.
“En la mina Laohutai, los dos sistemas de túnel con pozo inclinado son portales indispensables para toda la operación”, explica. “Es fundamental mantener los túneles abiertos y el funcionamiento de la mina desde el punto de vista económico, y aún más importante, se debe garantizar la seguridad”.
Un modelo de elementos finitos en PLAXIS que muestra la posición de los dos pozos inclinados que atraviesan sucesivamente cada capa de roca diferente. (Crédito de la imagen: MDPI)
La formación de los ingenieros geotécnicos en minería
Lo que resulta valioso de la investigación de MDPI para los ingenieros geotécnicos es ver a PLAXIS en acción para ayudar a resolver situaciones muy complejas relacionadas con la estabilidad y el análisis de tensión-deformación.
La comparación de los resultados del análisis con el monitoreo en el sitio aumentó mucho la confianza de los investigadores en PLAXIS, el análisis de elementos finitos y su modelo numérico del sitio.
“Es una prueba excelente y obtenemos mucho aprendizaje y confianza cuando los resultados son sólidos y validan el factor de seguridad”, expresa Pieter.
“Incluso cuando los resultados varían, sigue habiendo valor, puesto que podemos preguntarnos qué más se necesita para superar los límites y desarrollar nuestra tecnología para abordar mejor los complejos desafíos de la industria”.
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