Modelos Numéricos del Flujo de una Avalancha de Barro y Escombros

(Resumen)

 

Se presentan modelos numéricos de simulación para predecir los procesos del desarrollo y la deposición del flujo impermanente de una avalancha de barro y escombros. Ambos procesos físicos se describen a través de sistemas de ecuaciones diferenciales parciales hiperbólicas y no lineales, escritas en forma conservativa. Las ecuaciones unidimensionales del proceso de desarrollo y las ecuaciones bidimensionales del proceso de la deposición se establecen a partir de los balances de masa y la cantidad de movimiento de las variables de flujo promediadas en la altura.  Estas ecuaciones determinan la evolución  temporal del campo de velocidades y la distribución de las profundidades del flujo en el interior del dominio de la onda de barro y escombros. Los modelos consideran relaciones constitutivas que permiten simular flujos turbulentos, flujos viscosos y flujos bifásicos dispersivos. Las ecuaciones gobernantes se integran numéricamente con el esquema explicito de MacCormack de diferencias finitas, tratando apropiadamente los contornos móviles para evitarlas singularidades y las dificultades computacionales que involucran la presencia de lecho seco y las profundidades pequeñas de flujo.
Los experimentos del laboratorio del flujo de una avalancha de barro y escombros se llevaron a cabo en una instalación experimental compuesta de un canal de sección transversal rectangular y pendiente pronunciada (proceso del desarrollo del flujo) conectada, mediante la unión de ensanchamiento brusco, a una plataforma de pendiente baja (proceso de la deposición). El fluido de volumen finito fue colocado en el extremo superior del canal y confinado por una compuerta de retención, que al ser liberado repentinamente fluye por el canal hacia aguas abajo en forma de una onda, la cual al ingresar en la plataforma de la deposición reduce su campo de velocidades hasta detenerse, formando el cono de deposición.

 

Autor: Ing. Samuel Ismael Quisca Astocahuana.