Metodología para el análisis multirriesgo en minería a cielo abierto

Establecer una metodología de trabajo específica para el empleo de herramientas informática de modelación numérica en el análisis multirriesgo permite garantizar la coherencia, trazabilidad y reproducibilidad de los resultados obtenidos. Dicha metodología debe definir criterios comunes para la recopilación de datos, la modelización de escenarios, la evaluación de probabilidades y consecuencias, así como la integración de resultados para la toma de decisiones en proyectos de minería a cielo abierto. De este modo, se facilita una gestión más eficaz de los riesgos a lo largo del ciclo de vida, minimizando incertidumbres y contribuyendo a mejorar la seguridad, la eficiencia y la resiliencia de las operaciones mineras.

Esta contribución presenta una descripción de la metodología que debe ser empleada para el análisis integrado y multidisciplinar de los procesos naturales de caída de rocas (rockfall) y flujos de detritos (debris flow) en minería a cielo abierto (fig. 1).

El estudio se debe sustentar en una combinación sinérgica de técnicas avanzadas, que incluyen:

• Levantamiento geomático de alta precisión, mediante tecnologías LiDAR y fotogrametría para la generación de Modelos Digitales del Terreno (MDT).
• Caracterización geológica y geotécnica detallada, orientada a identificar litologías, estructuras y condiciones de estabilidad.
• Modelización numérica especializada, utilizando los para la que se propone el empleo de los módulos RAMMS::Rockfall y RAMMS::Debrisflow, reconocidos internacionalmente para la simulación de procesos gravitacionales en entornos complejos.

El objetivo principal del citado estudio es obtener resultados cuantitativos y cualitativos que permitan diseñar soluciones de protección fiables, adaptadas a múltiples escenarios de amenaza, optimizar la seguridad operacional, considerando la interacción entre procesos geodinámicos en ambientes mineros de alta montaña e Integrar criterios técnicos y económicos, asegurando la eficiencia y sostenibilidad de las medidas propuestas.

Este enfoque metodológico responde a la complejidad inherente de los sistemas naturales u antropogénicos en zonas cordilleranas, donde la dinámica de laderas, la variabilidad climática, la actividad humana y la sismicidad local exigen soluciones basadas en evidencia y análisis predictivo.

RAMMS (Rapid Mass Movement Simulation) es un software especializado en la simulación numérica de procesos gravitacionales naturales, desarrollado principalmente para el análisis de riesgos naturales en zonas montañosas. Está orientado al estudio del comportamiento, alcance e intensidad de fenómenos de movimientos en masa, proporcionando una base técnica sólida para la evaluación del riesgo, la ordenación del territorio y el diseño de medidas de protección. RAMMS permite modelar distintos tipos de procesos mediante módulos específicos, entre los que destacan:

El software se basa en modelos físicos avanzados y ecuaciones de conservación, capaces de reproducir la dinámica del movimiento (velocidad, altura de flujo, presión de impacto, energía, trayectorias, etc.) sobre modelos digitales del terreno (MDT) de alta resolución. Los resultados se generan de forma espacialmente distribuida y pueden integrarse fácilmente en sistemas GIS y flujos de trabajo de ingeniería. RAMMS permite evaluar zonas de alcance y deposición, calcular presiones e impactos sobre infraestructuras, analizar distintos escenarios de diseño y eventos extremos, así como comparar alternativas de medidas de protección (diques, barreras, defensas, etc.)

Este programa de modelación numérica es ampliamente utilizado por ingenierías especializadas en riesgos naturales, administraciones públicas y protección civil, consultores en planificación territorial, centros de investigación y universidades.

Sus aplicaciones típicas incluyen:

• Elaboración de mapas de peligrosidad
• Estudios de riesgo para infraestructuras críticas
• Planificación de medidas estructurales y no estructurales
• Evaluación de escenarios de cambio climático en procesos alpinos

La herramienta de simulación tiene varias ventajas entre las que se pueden encontrar: fundamento físico contrastado y validado con casos reales, interfaz gráfica orientada a ingeniería y análisis práctico, alta compatibilidad con datos topográficos y GIS, y referencia internacional en proyectos de riesgos naturales.

2.1. RAMMS::Rockfall

Es un software numérico avanzado orientado a la simulación tridimensional del fenómeno de caída de rocas en terrenos complejos. Su formulación se basa en la mecánica de cuerpos rígidos y en la dinámica de partículas discretas, permitiendo reproducir con fidelidad la interacción entre los bloques y la topografía.

El modelo calcula las trayectorias 3D de los bloques considerando las fuerzas gravitatorias como motor principal del movimiento, los impactos y rebotes sobre la superficie, aplicando leyes de colisión, la fricción superficial y pérdida de energía, que condicionan la distancia y altura de rebote, y la rotación del bloque, incorporando energía rotacional a través de la velocidad angular en la dinámica.

Los parámetros fundamentales para la simulación incluyen:

• Modelo Digital del Terreno (MDT) de alta resolución (fig. 2).
• Propiedades geomecánicas: coeficiente de restitución normal (e_n) y tangencial (e_t), así como coeficiente de fricción (μ).
• Características del bloque: densidad (p), tamaño y forma.
• Condiciones iniciales: velocidad de partida, aceleración sísmica o eventos desencadenantes.

Fig. 2. Esquemas de representación: modelo digital del terreno, mapa de sombras, y orto imagen de un tramo tipo.

El cálculo se basa en la integración numérica explícita de las ecuaciones de movimiento:

Se considera la conservación de energía y momento angular, aplicando condiciones de impacto según los coeficientes de restitución. La resolución temporal permite capturar fenómenos como rebotes múltiples, deslizamientos y pérdida progresiva de energía.

RAMMS no usa coeficientes de restitución globales como RocFall; en su lugar aplica un modelo de contacto basado en leyes de fricción y deformación: fricción estática y dinámica, amortiguamiento normal y tangencial, deformación del suelo (scarring) y rugosidad del terreno (DEM + micro topografía). El contacto se modela mediante un sistema de resortes-amortiguadores:

Capacidad del modelo a nivel de resultados (Tabla 1):

• Resolución espacial: adaptada al MDT para representar micro topografía.
• Resolución temporal: suficiente para simular impactos sucesivos y trayectorias complejas.
• Salida de resultados: energía cinética (traslacional + rotacional), altura de rebote, trayectorias preferentes y probabilidad de impacto.

Este enfoque proporciona una base sólida para el diseño de medidas de protección, garantizando que las soluciones se ajusten a escenarios reales y técnicamente representativos.

2.2. RAMMS::Debrisflow

Es un módulo especializado para la simulación numérica de flujos de detritos, diseñado para reproducir el comportamiento complejo de mezclas heterogéneas compuestas por agua, sedimentos y material sólido en movimiento. Este tipo de flujo se caracteriza por su naturaleza densa, altamente viscosa y no newtoniana, lo que exige un enfoque que combine hidrodinámica avanzada con modelos reológicos específicos.

Los parámetros esenciales para la simulación incluyen (Tabla 1):

• Modelo Digital del Terreno (MDT) de alta resolución, que define el dominio espacial y la topografía.
• Unidades de susceptibilidad a erosión, para estimar la incorporación de material durante el flujo.
• Parámetros reológicos, tales como: viscosidad dinámica (η), densidad aparente (ρ) y tensión de fluencia (τ_y), que controla el inicio del movimiento.
• Hidrogramas de entrada, derivados de curvas IDF (Intensidad-Duración-Frecuencia) para representar eventos de precipitación extremos.
• Condiciones iniciales y de frontera, incluyendo volumen inicial de material y caudales de aporte.

El modelo resuelve las ecuaciones de conservación de masa e impulso para un flujo denso y no newtoniano, basadas en las ecuaciones de Saint-Venant extendidas:

El modelo incluye términos adicionales para representar (Tabla 1):

• Fricción basal mediante leyes empíricas (p.ej., Coulomb).
• Resistencia interna y cohesión, ajustadas a la reología del material.
• Erosión y deposición dinámica, que modifican el volumen y la energía del flujo.

Resolución espacial y temporal, la discretización numérica permite capturar variaciones en velocidad del flujo, presión dinámica y altura de lámina, espesor y distribución de depósitos e interacción con obstáculos y estructuras. Los resultados obtenidos (mapas de velocidad, presión, altura y extensión del flujo) son fundamentales para definir zonas de impacto y acumulación, dimensionar obras de protección, como diques, canales de desvío y barreras dinámicas y evaluar escenarios extremos, integrando criterios probabilísticos (p.ej., Q95).

2.3. Datos de entrada y resultados más importantes de ambos módulos

La Tabla 1 (superior) resume los principales modelos de análisis para caída de rocas, mostrando la relación entre los parámetros de entrada y los resultados obtenidos. Entre los parámetros de entrada se incluyen la topografía representada mediante un Modelo Digital del Terreno (fig. 2), el tamaño y la forma de los bloques, su orientación, la cinemática de salida y la ubicación inicial. A partir de estos datos, el modelo permite calcular parámetros de salida clave como la velocidad traslacional y angular de los bloques, la energía cinética, la trayectoria, la altura de rebote y la fuerza de contacto, proporcionando así una base cuantitativa para el diseño de medidas de protección.

Asimismo, la tabla 1 (inferior) muestra el esquema de modelización de flujos de detritos, donde los parámetros de entrada consideran la topografía MDT (fig. 2), los valores de fricción, el hidrograma y la curva IDF asociada a eventos de precipitación. Estos parámetros permiten estimar variables de salida fundamentales como la altura de flujo, la velocidad, la presión y el impulso del flujo. En conjunto, estos modelos constituyen herramientas esenciales para la evaluación del riesgo natural y el dimensionamiento de medidas estructurales, en general compuestas por sistemas flexibles de protección contra desprendimiento de rocas, control de aludes, protección contra flujos de detritos y sistemas de estabilización de taludes y laderas en zonas expuestas.

De forma general, los resultados se expresan en:

• Mapas de trayectorias, energías y concentraciones de caída de rocas.
• Mapas de alturas, velocidades, presiones y esfuerzos a cortante de los flujos de detritos.
• Mapas integrados de riesgos combinados.
• Propuesta detallada de líneas de protección con parámetros geométricos y estructurales.
• Validación estadística y análisis de incertidumbre.

A continuación, se detallan los pasos seguidos para la obtención de la más detallada calidad de datos de entrada para conseguir el modelo que mejor representa a la realidad posible.

3.1. Modelo Digital del Terreno y Ortofotografía

Se debe llevar a cabo un levantamiento LiDAR aerotransportado mediante dron, que permita la obtención de datos topográficos con una resolución espacial excepcionalmente alta, de 10 cm por píxel. A partir de estos datos, se genera un Modelo Digital del Terreno (MDT) que representa con precisión las formas del relieve, incluyendo taludes, cauces, depósitos y microformas relevantes para la dinámica de laderas. Paralelamente, se produce una ortofotografía georreferenciada con la misma resolución, que facilita la interpretación visual y la integración con otros datos geoespaciales. El MDT generado a partir del LiDAR, capaz de representar con detalle las formas del relieve, incluyendo:

• taludes y cortes de ladera.
• cauces y drenajes naturales.
• depósitos y acumulaciones de material.
• microformas relevantes para la dinámica de laderas.

La ortofoto georreferenciada con resolución análoga al LiDAR, facilita la interpretación visual detallada de las condiciones del terreno, la integración con otros datos geoespaciales (geología, hidrología, infraestructura) y la validación cruzada entre modelos y observaciones reales. Estos elementos constituyen la base fundamental para la modelización numérica y la caracterización geomorfológica, asegurando que las simulaciones se realicen sobre un soporte topográfico confiable y representativo.

3.2. Delimitación de microcuencas y segmentación

A partir del Modelo Digital del Terreno (MDT) obtenido mediante levantamiento LiDAR, se realiza la delimitación de microcuencas hidrográficas que drenan hacia el tramo objeto de estudio. Esta segmentación territorial permite una parametrización independiente de cada unidad, considerando variables críticas para la dinámica de laderas, tales como:

• Litología y estructura geológica, que condicionan la estabilidad y el comportamiento erosivo.
• Pendiente media y distribución altimétrica, determinantes en la aceleración del flujo y la energía potencial.
• Conectividad hidrológica, que influye en la concentración y transporte de agua y sedimentos.
• Morfología superficial, incluyendo taludes, cauces y zonas de acumulación.

Cada microcuenca se define como una unidad autónoma de modelización, tanto para los procesos de caída de rocas (Rockfall) como para los flujos de detritos (debris flow). Este enfoque modular ofrece ventajas significativas:

• Simulación detallada y realista, adaptada a las condiciones específicas de cada cuenca.
• Evaluación precisa del riesgo, diferenciando áreas críticas de baja exposición.
• Optimización del diseño de medidas de protección, focalizando recursos en los sectores con mayor susceptibilidad.

La segmentación en microcuencas constituye un paso clave para garantizar la robustez del análisis y la eficiencia del diseño, integrando criterios geomorfológicos, hidrológicos y geotécnicos en un marco metodológico coherente.

3.3. Mapeo geológico y vinculación con parámetros geomecánicos

Se lleva a cabo un mapeo geológico detallado en cada microcuenca, orientado a caracterizar las condiciones que influyen en la estabilidad de laderas y la dinámica de procesos gravitacionales. El levantamiento incluyó:

• Identificación de litologías predominantes, determinando su resistencia y comportamiento frente a meteorización.
• Reconocimiento de estructuras geológicas relevantes, tales como diaclasas y fracturas, que condicionan la propagación de discontinuidades o contactos litológicos, que pueden actuar como planos de debilidad.
• Detección de zonas de alteración y niveles de meteorización, factores que reducen la cohesión y aumentan la susceptibilidad al desprendimiento.

Toda esta información es integrada en un Sistema de Información Geográfica (SIG), que permite:

• Georreferenciar unidades geológicas y asociarlas a parámetros geomecánicos específicos (fricción, cohesión, densidad, coeficientes de restitución).
• Facilitar la interoperabilidad con modelos numéricos, asegurando que cada unidad de simulación refleje las condiciones reales del terreno.
• Optimizar la evaluación de estabilidad de taludes, incorporar criterios estructurales y litológicos en la modelización.

Este enfoque garantiza una base técnica sólida para la simulación de procesos de caída de rocas y flujos de detritos, integrando la geología como componente esencial en la gestión del riesgo.

3.4. Inventario de bloques susceptibles de desprendimiento

Mediante la generación de modelos tridimensionales de alta resolución con DJI Terra, se identifican todos los bloques potencialmente inestables susceptibles de desprendimiento en las laderas que aportan material hacia el tramo de ejemplo en estudio (Tablas 2 y 3). Este proceso incluye la detección precisa de bloques mediante análisis fotogramétrico y reconstrucción 3D, el registro detallado de atributos, incluyendo georreferenciación exacta (coordenadas X, Y, Z), las características de los bloques inestables: dimensiones y volumen estimado, así como la forma geométrica (ecuante, irregular, laminar o columnar) y la densidad aparente, calculada según litología predominante (figs. 3, 4). Este inventario georreferenciado constituye la base fundamental para definir las condiciones iniciales en el modelo RAMMS::Rockfall, permitiendo simular trayectorias con alta fidelidad, considerando la posición real de cada bloque y calcular energías de impacto (traslacional + rotacional) para escenarios representativos.

Fig. 4 .Clasificación de bloques según su forma (RAMMS::Rockfall Manual, 2022).

4.1. Parámetros para RAMMS::Rockfall

El terreno se debe sectorizar en zonas homogéneas según su comportamiento frente al impacto de bloques en caída libre y rebote. Esta clasificación permite asignar parámetros específicos que reflejen la respuesta mecánica del sustrato ante colisiones, optimizando la precisión del modelo. Para cada zona se han de definir los coeficientes de restitución normal (e_n) y tangencial (e_t), que representan la capacidad del terreno para absorber o reflejar la energía cinética del bloque durante el impacto, los parámetros de fricción basal (μ) y rugosidad superficial, que influyen en la pérdida de energía y la trayectoria del bloque tras el rebote, así como las condiciones de contacto, ajustadas según la litología y el grado de meteorización.

Para simular la interacción entre la roca y el terreno, este último se divide en dos capas: la capa de cicatrización y la de rebote, esta última no deformable. Además, esta interacción puede resumirse en 4 fases (fig. 5):

• vuelo: el bloque se encuentra en el aire sin tener contacto con la superficie del terreno.
• contacto: el bloque penetra el suelo deformable y lo compacta.
• deslizamiento: el suelo alcanza su punto máximo de compactación, actuando como un plano rígido (capa de rebote) donde la roca desliza.
• rebote: el bloque cambia su dirección de movimiento, disipando energía hasta que se despega completamente del suelo y deja una cicatriz permanente.

En RAMMS, los principales parámetros involucrados en la simulación están relacionados con fuerzas friccionales y fuerzas de arrastre. Al impactar con el plano de rebote, la roca experimenta fuerzas de contacto y de fricción, las cuales se modelan según la Ley de Coulomb. Las fuerzas de arrastre se generan durante la fase de cicatrización, cuando la roca penetra en el suelo. Estas fuerzas actúan en dirección opuesta al movimiento de la roca y la fuerza de arrastre (𝐹_𝑇) se modela mediante el uso del coeficiente de cicatrización (𝐶_𝑑) (SLF/WSL, 2024).

Además, se utiliza la resistencia mecánica el suelo (𝑀_𝐸), la cual indica el nivel de compresibilidad que puede alcanzar el suelo y, por lo tanto, limita la profundidad de penetración que puede alcanzar la roca (SLF/WSL, 2024).

La realización de ensayos in situ tipo SPT (Standard Penetration Test) es fundamental para caracterizar adecuadamente las propiedades mecánicas del terreno y, en particular, para calibrar la profundidad de impacto y los parámetros de interacción bloque–superficie durante los procesos de simulación de desprendimientos rocosos con RAMMS::rockfall. Estos ensayos permiten estimar la compacidad, resistencia y deformabilidad de los suelos superficiales, parámetros que influyen directamente en la disipación de energía, la penetración del bloque y el coeficiente de restitución. Una correcta calibración basada en datos SPT reduce la incertidumbre del modelo numérico, mejora la representatividad del comportamiento real del terreno frente a impactos y, en consecuencia, aumenta la fiabilidad de los resultados de simulación utilizados para el diseño y dimensionamiento de medidas de protección frente a desprendimientos. Adicionalmente, se incorpora la aceleración sísmica como mecanismo de desencadenado, considerando la influencia de eventos sísmicos en la generación de procesos gravitacionales. Este factor se integra en las condiciones iniciales del modelo para simular escenarios críticos y evaluar la estabilidad bajo solicitaciones dinámicas (fig. 6).

Fig. 6 .Se capturan escaneos láser de rocas reales en campo. La roca se genera a partir de una nube de puntos y se convierte en un cuerpo rígido poliédrico. (RAMMS::Rockfall Manual, 2022).

4.2. Parámetros para RAMMS::Debrisflow

Se establecen unidades de susceptibilidad a erosión en función de variables críticas como la litología predominante, que condiciona la resistencia del material, las pendientes locales, determinantes en la aceleración del flujo y la capacidad de arrastre y el grado de consolidación del material superficial, que influye en la cohesión y en la facilidad de erosión (Tabla 4). A cada unidad se asignan valores específicos de tensión de fluencia (τ_y) y parámetros reológicos que describen el comportamiento no newtoniano del flujo de detritos, incluyendo:

• Viscosidad dinámica (η).
• Densidad aparente (ρ).
• Resistencia interna y cohesión, ajustadas según la composición del material.

Para la simulación de eventos extremos, se construyen hidrogramas de entrada basados en curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) representativas de la zona (figs. 7 y 8), lo cual permite:

• Modelar escenarios hidrometeorológicos críticos.
• Evaluar el impacto de precipitaciones extremas en la generación y dinámica de flujos.
• Integrar la respuesta hidrológica con la evolución del flujo de detritos, considerando erosión, transporte y deposición.

En la naturaleza, los hidrogramas de caudal se describen generalmente mejor con cuatro puntos (fig. 8i). Sin embargo, un hidrograma de tres puntos (fig. (8d) proporciona como resultado alturas y velocidades de caudal ligeramente mayores después del caudal máximo. Si se desconoce el hidrograma de caudal detallado, conviene elegir un hidrograma de tres puntos. En aplicaciones críticas, recomendamos a los usuarios evaluar la sensibilidad de los resultados del modelo a la forma del hidrograma de entrada, por ejemplo, al preparar diferentes escenarios como base para mapas de riesgo.

Fig. 7. Ejemplo de curvas intensidad-duración-frecuencia de las precipitaciones [1-24h].

Fig. 8. Ejemplo del tipo hidrograma de tres y cuatros puntos, utilizados en la modelización como referente de una precipitación corta de alta intensidad (RAMMS::Debrisflow Manual, 2024).

Fig. 9. Ejemplo de cartografía básica, parámetros de entrada flujo detritos para la modelización.

La inspección y el trabajo de campo son esenciales para la correcta determinación de los espesores de roca alterada y del material suelto disponible para movilización, así como para la identificación y caracterización de depósitos generados por flujos de eventos anteriores potencialmente reactivables. Estas observaciones directas permiten cuantificar volúmenes, condiciones de alteración, grado de saturación y continuidad espacial de los materiales, aspectos que no pueden definirse con suficiente precisión únicamente a partir de información cartográfica o teledetección. Dichos datos constituyen parámetros de partida clave para la calibración y validación de los modelos de propagación y simulación de flujos de detritos mediante RAMMS::Debrisflow, ya que condicionan de manera directa la estimación de los volúmenes movilizados, las reologías aplicables y el comportamiento dinámico del flujo. Una adecuada base de datos obtenida en campo reduce las incertidumbres del modelo y aumenta la fiabilidad de los escenarios de peligro utilizados para la evaluación del riesgo y el diseño de medidas de mitigación.

La metodología aplicada se basa en un enfoque consolidado en ingeniería geotécnica y geodinámica, diseñado para integrar múltiples fuentes de información y técnicas analíticas, garantizando una evaluación adecuada, reproducible y científicamente fundamentada. Este enfoque considera la interacción sinérgica entre procesos naturales —como caída de rocas (Rockfall) y flujos de detritos (debris flow)— que pueden ocurrir de forma simultánea o secuencial, incrementando la complejidad y el nivel de riesgo.

Componentes del proceso metodológico

1. Recopilación y preparación de datos de alta resolución

• Levantamiento geomático (LiDAR, fotogrametría) para generar MDT y ortofotos.
• Inventario geológico y geomecánico detallado.
• Hidrogramas basados en curvas IDF para escenarios extremos.

2. Caracterización del terreno y propiedades geomecánicas

• Sectorización en unidades homogéneas según litología, pendiente y conectividad.
• Asignación de parámetros críticos: fricción, coeficientes de restitución, tensión de fluencia, viscosidad.

3. Modelización numérica avanzada

• Simulación independiente y combinada de procesos mediante RAMMS::Rockfall y RAMMS::Debrisflow.
• Aplicación de leyes físicas (conservación de masa, energía e impulso) y modelos reológicos no newtonianos.

4. Integración espacial y temporal de resultados

• Superposición de mapas de energía, altura de rebote y trayectorias preferentes.
• Identificación de zonas de amenaza combinada, donde la probabilidad y severidad del impacto son mayores.

Identificación y caracterización del mecanismo de desencadenamiento

El material origen del desencadenamiento del movimiento de masa debe ser determinado distinguiendo la procedencia, características y mecanismo de disparo (triggering) más probable. Distinguir entre depósito granulares y de entre ellos especialmente las propiedades de la matriz y FS transitorio, caracterización del macizo rocoso y su cinemática en el caso que esté gobernado por la estructura, depósito producto de remociones previas con reducido esfuerzo de fluencia (yield stress), profundidad y estabilidad de la cobertera-suelo frente a impacto y escorrentía, así como zonas de acumulación, espesor y estado evolutivo de la nieve en el caso de existan aludes.

Fundamentos científicos y validación

• Modelización física basada en ecuaciones de movimiento y dinámica de fluidos.
• Parametrización empírica y experimental, ajustada a condiciones locales.
• Validación cruzada mediante comparación con eventos históricos y datos de campo.
• Análisis estadístico de incertidumbre, evaluando variabilidad en parámetros y escenarios.

Este enfoque asegura que las soluciones de mitigación diseñadas sean adaptables a escenarios múltiples y costo-efectivas, reduciendo el riesgo operacional en entornos de alta montaña.

6.1. Simulaciones de caída de rocas

Cada microcuenca se modela de forma independiente utilizando el módulo RAMMS::Rockfall, obteniendo como variables de salida el alcance máximo de los bloques, la energía de impacto, la altura de vuelo y rebote, la velocidad de desplazamiento y la concentración de trayectorias. Estos resultados permiten evaluar el peligros de forma precisa y, al cruzar esta información con datos de exposición (infraestructura, tránsito) y vulnerabilidad, es posible estimar el riesgo real, ya que se dispone tanto de la distribución espacial del impacto potencial como de su intensidad, lo que constituye una base sólida para la planificación de medidas de mitigación y protección.

6.2. Ejemplo de resultados de simulación de caída de rocas

A partir de los resultados obtenidos mediante la modelación numérica, se desarrolló un análisis integral que abarca todas las zonas evaluadas en el estudio. Este proceso permitió caracterizar de manera sistemática los principales parámetros asociados al fenómeno de caída de rocas, entre los que destacan:

• Energías cinéticas alcanzadas por los bloques durante su desplazamiento.
• Alturas relativas de rebote respecto al Modelo Digital del Terreno (MDT).
• Trayectorias preferentes con mayor probabilidad de ocurrencia.

Este enfoque proporciona una visión detallada del comportamiento dinámico de los bloques, lo que constituye un insumo esencial para la definición de medidas de protección efectivas.

La figura 10 presenta la distribución de energías para todas las zonas analizadas. Esta representación gráfica permite identificar, de manera comparativa, los sectores con mayor susceptibilidad a impactos de alta energía. Dicho análisis es clave para detectar áreas críticas donde el riesgo supera los niveles aceptables desde el punto de vista de seguridad operacional, priorizar tramos vulnerables, orientando la toma de decisiones hacia aquellos sectores que requieren soluciones más potentes y optimizar el diseño de sistemas de protección, ajustando la capacidad de absorción de energía y la ubicación estratégica de las obras de protección.

Gracias a esta visualización global, se logra una jerarquización objetiva de riesgos, lo que facilita la planificación de intervenciones y la asignación eficiente de recursos, asegurando la continuidad y seguridad operacional en el acceso.

Fig. 10. Distribución global de energía cinética, [kJ].

La figura 11 ilustra las alturas de rebote relativas obtenidas a partir del Modelo Digital del Terreno (MDT). Este enfoque permite comprender la interacción real entre el comportamiento dinámico de los bloques y la topografía existente. Es relevante destacar que la altura de rebote relativa difiere de la altura absoluta medida sobre cada superficie, lo que convierte esta representación en una herramienta clave para Detectar discrepancias entre valores absolutos y relativos que puedan requerir ajustes en el diseño, recalibrar criterios de protección, asegurando que las soluciones propuestas cubran escenarios críticos y optimizar la ubicación y altura de las barreras, considerando las condiciones más desfavorables. La comparación sistemática entre ambas métricas (absoluta y relativa) permite garantizar que las obras de mitigación se diseñen con márgenes adecuados de seguridad, evitando subestimaciones que comprometan la efectividad del sistema.

Fig. 11. Altura de rebote relativa, [m].

Por su parte, la figura 12 presenta un análisis probabilístico de las trayectorias preferentes asociadas al fenómeno de caída de rocas, expresadas en términos de porcentaje de ocurrencia. Este estudio es fundamental para Identificar rutas dominantes con mayor tendencia de tránsito de bloques, priorizar la ubicación y tipología de las medidas de protección, concentrando recursos en los puntos más vulnerables y diseñar soluciones costo-efectivas, focalizadas en reducir el riesgo en zonas donde la probabilidad de impacto es significativamente superior. La integración de estos resultados —energía, altura de rebote y probabilidad de trayectoria— permite definir un modelo de protección integral, orientado a maximizar la seguridad operacional y optimizar la inversión en infraestructura.

Fig. 12. Análisis probabilístico de las trayectorias preferentes, [%].

Es fundamental destacar que todos los resultados presentados en este informe se basan en el percentil Q95. Este criterio implica que no se consideran los valores máximos obtenidos en las simulaciones, sino aquellos que representan el 95% de las trayectorias, energías y alturas de rebote modeladas. En términos prácticos, se trabaja con un nivel de confianza que admite una probabilidad de excedencia del 5%, lo que significa que se descartan los eventos más extremos o atípicos.

Este enfoque ofrece varias ventajas:

• Elimina la influencia de valores anómalos, como bloques con comportamientos fuera de lo común, que podrían distorsionar el diseño.
• Permite concentrar el análisis en escenarios representativos, asegurando soluciones atinadas sin sobredimensionar innecesariamente las obras.
• Facilita el tratamiento independiente de eventos excepcionales, que pueden requerir medidas específicas.

En conjunto, la aplicación del criterio Q95, sumada a las representaciones de energía global, alturas relativas de rebote y trayectorias probabilísticas, proporciona una base sólida y técnicamente fundamentada para evaluar el riesgo real en cada sector del proyecto, definir medidas de protección adecuadas, optimizando su ubicación, tipología y capacidad, así como garantizar la seguridad operacional, equilibrando eficiencia técnica y costo.

Este marco metodológico asegura que las soluciones propuestas respondan a los escenarios más probables y críticos, sin comprometer la confiabilidad del sistema ni incurrir en sobrecostos por eventos extremadamente improbables.

6.3. Simulaciones de flujos de detritos

Se ejecutan escenarios de flujo para cada microcuenca utilizando el módulo RAMMS:: Debrisflow, obteniendo como variables de salida el alcance máximo del flujo, la altura de la lámina, el espesor del depósito, la velocidad de desplazamiento, la presión dinámica y el esfuerzo cortante. Estos parámetros son críticos para el dimensionamiento de estructuras de contención y protección, ya que permiten estimar las solicitaciones que deberán resistir las obras. Además, constituyen la base para la evaluación de la vulnerabilidad de las infraestructuras existentes y del entorno, integrando la magnitud del impacto con su distribución espacial y temporal, lo que facilita la planificación de medidas de mitigación adaptadas a escenarios extremos.

6.4. Ejemplo de resultados de simulación de flujos detritos

La simulación de flujos de detritos permite representar de manera realista el comportamiento dinámico de un flujo aluvial sobre un terreno complejo. Para interpretar correctamente los resultados es fundamental comprender el significado técnico de los parámetros que entrega el modelo, especialmente presión, altura de flujo y tensión de corte, pues cada uno describe un aspecto distinto de la interacción entre el flujo y el terreno, y constituye información esencial para evaluar el nivel de peligro y definir medidas de mitigación. Las figuras 13, 14 y 15 muestran el resultado global de cada uno de estos parámetros.

La presión de impacto (expresada en kPa) corresponde al esfuerzo ejercido por el flujo sobre cualquier estructura u obstáculo ubicado en su trayectoria. Este parámetro combina la influencia de la densidad del material, la velocidad alcanzada y la altura local del flujo. Según el manual de RAMMS::Debrisflow, la presión es un parámetro clave para aplicaciones de ingeniería, ya que permite estimar la solicitación que experimentan obras de protección frente a un evento aluvial. En términos prácticos, presiones del orden de 20–30 kPa suelen estar asociadas a niveles moderados, mientras que presiones más elevadas pueden implicar un riesgo significativo y, por lo tanto, deben ser consideradas en el diseño de barreras, encauzamientos o estructuras de desvío. La visualización espacial de la presión máxima permite identificar sectores donde el flujo concentra energía y donde las obras requerirían mayor refuerzo estructural.

La altura de flujo representa la profundidad del detrito sobre el Modelo Digital del Terreno (MDT). Este parámetro es especialmente relevante para evaluar el volumen movilizado, la capacidad del flujo para sobrepasar infraestructuras existentes y la pertinencia de las soluciones propuestas. El modelo calcula la altura durante todo el evento y, en particular, la altura máxima permite identificar los sectores donde el espesor del flujo alcanza valores críticos. Esta información es crucial para determinar si una estructura es capaz de contener o disipar el flujo, si podría ser sobrepasada o si se requieren bermas, canalizaciones o sobreelevaciones adicionales. Asimismo, la altura del flujo influye en otros parámetros derivados, como la presión y la cantidad de movimiento (impulso), y está directamente vinculada al tipo de material depositado en la zona de llegada.

La tensión de corte o shear stress (expresada en kPa o kN/m²). En RAMMS::Debrisflow, este valor se asocia al esfuerzo basal que ejerce el flujo sobre el terreno y está relacionado con su capacidad para erosionar, deformar o incorporar nuevo material del lecho. La lectura integrada de presión, altura de flujo y tensión de corte permite identificar escenarios de interacción entre ambos fenómenos y proporciona una base técnica sólida para una futura evaluación específica del comportamiento de flujos de detritos en la zona estudiada. Como se observa en los resultados del modelo de flujo de detritos, la tensión de corte constituye el parámetro más representativo para identificar los corredores preferenciales por los cuales el flujo tiende a desplazarse.

Los resultados obtenidos de las simulaciones de caída de rocas y flujos de detritos son integrados espacialmente para identificar zonas sometidas a amenazas combinadas, donde la concurrencia de ambos procesos incrementa la peligrosidad. A partir de esta integración se pueden generar mapas detallados de corredores de impacto y áreas críticas sobre la carretera, que proporcionan una visión holística del riesgo al combinar magnitud, alcance y probabilidad de ocurrencia. Esta representación integrada constituye un insumo clave para la toma de decisiones en el diseño de medidas de mitigación, permitiendo priorizar sectores vulnerables y definir soluciones adaptadas a escenarios complejos y multifactoriales.

Gestión de proyectos multirriesgo

Es habitual que en cuencas de zonas montañosas puedan coincidir en el espacio, y en determinados escenarios también en el tiempo, distintos tipos de movimientos en masa desencadenados por el “agua”, aunque ésta pueda contribuir de forma distinta (erosión por flujo, desprendimiento de rocas, deslizamientos profundos y superficiales, flujos de detritos y aludes de nieve). Esta situación comporta necesariamente evaluar los parámetros resultantes de las distintas modelizaciones de cada una de las amenazas y solaparlos en el espacio (mapas de multirriesgo), y dimensionar las infraestructuras que pudieran verse afectadas de acuerdo con la solicitación crítica. Parámetros como la altura de flujo y/o de depósito, energía de impacto, presión de flujo, fuerza de fricción, frecuencia de paso, permiten evaluar el estado de cumplimiento de las infraestructuras preexistentes para determinar el grado de funcionalidad remanente, así como proveer el dimensionamiento estructural y la ubicación más eficiente de nuevas estructuras de protección o defensa que pudieran ser necesarias.

La metodología desarrollada y descrita constituye un marco técnico-científico sólido, reproducible y validado para la evaluación integrada de procesos de caída de rocas y flujos de detritos en entornos de alta montaña. La combinación de datos geomáticos de alta resolución, caracterización geológica y geomecánica detallada y modelización numérica avanzada mediante RAMMS::Rockfall y RAMMS::Debrisflow proporciona una base sólida para el diseño de medidas de protección adaptadas a escenarios múltiples y complejos, incluyendo amenazas combinadas. La incorporación de análisis estadísticos (percentiles 90, 95 y 99) y una validación rigurosa frente a datos históricos y ensayos de campo garantiza la fiabilidad, eficacia y resiliencia de las soluciones propuestas, contribuyendo significativamente a la reducción del riesgo y la mejora de la seguridad en infraestructuras críticas.

En conjunto, el análisis desarrollado ofrece un marco confiable para la toma de decisiones, asegurando que las soluciones propuestas optimicen la seguridad operacional, prioricen la continuidad de la ruta y mantengan una relación costo–beneficio adecuado. La metodología aplicada es replicable, basada en evidencia cuantitativa y respaldada por herramientas numéricas que permiten afirmar que las obras recomendadas representan la alternativa técnica más sólida para la mitigación del riesgo.

Aspectos importantes que deberían incluir los proyectos

• Mapeos pormenorizados de los materiales potencialmente inestables (tipo, espesor, fragilidad a erosión por escorrentía y/o concentración de flujo, mecanismo de inestabilidad, cinemática)
• SPT de caracterización a escala de cuenca y sondas capacitivas y/o piezómetros subsuperficiales.
• Monitorización del comportamiento y registro de los eventos futuros
• Pluviómetros minutales (alta resolución) a escala de cuenca
• Análisis retrospectivo de sensibilización del modelo
• Actualización de los datos base (MDT, IDF, Factor de Seguridad de hotspots)
• Grado de funcionalidad de las infraestructuras de protección y estabilidad.

Referencias

• [1] Agusto, S.; Arias, V.; Lara, M. (2025) Análisis comparativo de los software rocfall3 y RAMMS en simulación de caídas de rocas: aplicación en Cerro el Salto, Ruta G-25, San José de Maipo. Chile
• [2] Leine, R.I.; Schweizer, A.; Christen, M.; Glover, J.; Bartelt, P.; Gerber, W., (2014) Simulation of rockfall trajectories with consideration of rock shape. Multibody System Dynamics, 32, 2: 241-271. doi: 10.1007/s11044-013-9393-4
• [3] Raïmat, C.; Riera, E.; Graf, C.; Luis-Fonseca, R.; Fañanas Aguilera, C.; Hürlimann, M., (2013) Experiencia de la aplicación de RAMMS para la modelización de flujo tras la aplicación de la soluciones flexibles VX en el barranco de Portainé. In: Alonso, E.; Corominas, J.; Hürlimann (eds), 2013: VIII Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables, Palma de Mallorca, Junio 2013. 1131-1144.
• [4] RAMMS:: Debrisflow - RAMMS - Rapid Mass Movement Simulation https://ramms.ch/ramms-debrisflow/ (último acceso enero 2026)
• [5] RAMMS::Debrisflow User Manual v1.8.0 (2024) RAMMS AG
• [6] RAMMS:: Rockfall - RAMMS - Rapid Mass Movement Simulation https://ramms.ch/ramms-rockfall/ (último acceso enero 2026)
• [7] RAMMS::Rockfall User Manual v1.7.0 (2022) RAMMS AG
• [8] Riquelme, A.; Raïmat, C.; Trujillo, J.; Cano, M.; Tomás, R.; Pastor, J.L., (2024) Comparative Study on Discontinuity Sets Analysis Using 3D Point Clouds from TLS and Airborne 3D Laser Scanner. Eurock 2024 Rock Mechanics and Rock Engineering: New Challenges in Rock Mechanics and Rock Engineering. Alicante
• [9] Wendeler, C.; Bühley, Y.; Bartelt, P.; Gover, J. and Luis-Fonseca, R. (2016) New r Application of three-dimensional rockfall modeling to rock-face engineering. Eurock 2016 Rock Mechanics and Rock Engineering: From the Past to the Future – Ulusay et al. (Eds) 2016 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-1-138-03265-1
• [10] Wendeler, C.; Lanter, A.; Lu, G.; Caviezel, A.; Ringenbach, A.; Bartelt, P., (2020) New rockfall testing method of flexible rockfall barriers. In: Da Fontoura, S.A.B.; Rocca, R.J.; Pavón Mendoza, J.F. (eds), 2020: Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure Development – Full Papers. Proceedings. 14th international concress on rock mechanics and rock engineering (ISRM 2019), Foz do Iguassu, Brazil. 3416-3423.