estudio experimental de la dinámica de flujos de huaycos ... · • el volumen de almacenamiento...
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MODELAMIENTO DE FLUJOS DE
ESCOMBROS EN QUEBRADAS
Ing. CIP Roger Hidalgo G.
JORNADA DE ANÁLISIS DEL FENÓMENO DE EL NIÑO
Y ASPECTOS PREVENTIVOS PARA EL 2019
PROBLEMÁTICA DE LOS HUAYCOS
▪ En el Perú, lasinundaciones, huaycos,aluviones y deslizamientosde tierra son algunos delos principales desastresnaturales.
▪ Los daños asociados a estosflujos significancarreteras, viviendas,establecimientos públicos,cultivos y poblacionesafectadas.
▪ El origen de estos flujosestá relacionado intensaslluvias, desprendimiento demasas de hielo y hastaroturas de presas.
PROBLEMÁTICA DE LOS HUAYCOS
De acuerdo a la AutoridadNacional del Agua (2016):
▪ En el periodo de 2003-2013,se han registrado 613huaycos.
▪ Las regiones más afectadashan sido Cusco, Huánuco,Huancavelica, Junín,Apurímac, Arequipa,Ayacucho, Cajamarca y Lima.
▪ Existen 563 centrospoblados, 53,220 viviendas y222,691 personas queresultarían directamenteafectadas por activación dequebradas. Fuente: ANA (2016)
PROBLEMÁTICA DE LOS HUAYCOS
De acuerdo a la Instituto
Nacional de Defensa Civil
(2017), debido al Fenómeno
El Niño Costero:
▪ Durante el primer semestre
del 2017, ocurrieron 480
huaycos.
▪ Las regiones más afectadas
fueron Lima, Ancash, Ica,
Huancavelica y La Libertad
▪ Los huaycos resultaron en
31 muertos y más de 21 000
personas afectadas.Fuente: ANA (2016)
ENFOQUES PARA EL ESTUDIO DE HUAYCOS
MODELAMIENTO FÍSICO A GRAN
ESCALA
MODELAMIENTO FÍSICO EN
LABORATORIO
USGS
Dr. Richard Iverson
T. Takahashi
D. Rickenmann
(ETH Zurich)
ENFOQUES PARA EL ESTUDIO DE HUAYCOS
RECONSTRUCCIÓN DE REGISTROS
SEDIMENTOLÓGICOS
MODELAMIENTO FÍSICO EN
CUENCAS EXPERIMENTALES
D. Rickenmann
(ETH Zurich)
Matthias Jakob
Oldrich Hungr
(University of British
Columbia-Canadá)
Joong cheol Paik
Shin Hye Son
(Corea del sur)
ENFOQUES PARA EL ESTUDIO DE HUAYCOS
REOLOGÍA DE MATERIALES MODELOS NÚMERICOS
Pierr Julien
(Colorado)
Bill Zorrilla
(UNI)
Jim O Brien
Flo2d
Dam-break
Morpho 2DH
MODELAMIENTO DE FLUJOS DE ESCOMBROS EN UNA
QUEBRADA EXPERIMENTAL
INSTALACIÓN
EXPERIMENTAL
Para el modelamiento,
se acondicionó una
quebrada experimental.
El acondicionamiento
fue siguiendo el
recorrido
característico de un
huayco:
• Zona de iniciación
• Zona de tránsito
• Zona de deposición.
ZONA DE
INICIACIÓN
ZONA DE
TRÁNSITO
ZONA DE
DEPOSICIÓN
INSTALACIÓN EXPERIMENTAL
Zona de
iniciación
Zona de tránsito
Zona de
deposición
• Es la zona de
almacenamiento del material
que forma el flujo.
• Está instalado un sistema
mecánico para el
almacenamiento y la
liberación del flujo.
• El volumen de
almacenamiento máximo de
17m3 y una altura de 2m
• Es la zona donde se
desarrolla el flujo.
• Tiene una longitud de
60m y una pendiente
media de 17.8%.
• Las sección
transversal es de un
ancho de 3m y una
profundidad de 1m.
• Está instrumentada
para las mediciones.
• Es la zona donde se
detiene el flujo y se
deposita el material.
• Tiene una pendiente
media de 7%.
• Su longitud es de 22m
y un ancho máximo de
23m.
SECCIÓN 1
SECCIÓN 7
SECCIÓN 6
SECCIÓN 5
SECCIÓN 4
SECCIÓN 3
SECCIÓN 2
Sistema de
Retención
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Limpieza y
preparación
Escaneado
topográfico
inicial
Conformación
de cuña de
material
Instalación,
graduación y
calibración
de equipos
Liberación
súbita de
cuña
Tránsito de
la onda
Escaneado
topográfico
final
Recopilación
de datos
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS
▪ El material se emplaza de
forma que se genere un
dique reteniendo agua.
▪ El material granular reposa
sobre la compuerta y el
agua es bombeada.
▪ La mezcla es dosificada de
acuerdo a la altura del
dique (Hd) y la
concentración volumétrica
(Cv)
Altura de dique
Hd (m)
Concentración
volumétrica
Cv (%)
1.00 5
101.25
20
301.50
40
FLUJO EXPERIMENTAL
RESULTADOS
CódigoHd
(m)Cv
Vw
(m3)Vs
(m3)Vt
(m3)Cv
real
H1-C5-II
1.00
5% 4.05 0.19 4.24 4.5%
H1-C10-I 10% 3.86 0.31 4.17 7.4%
H1-C10-II 10% 3.86 0.28 4.15 6.8%
H1-C20-I 20% 3.48 0.50 3.98 12.5%
H1-C20-II 20% 3.48 0.47 3.96 12.0%
H1-C40-I 40% 2.73 1.18 3.91 30.2%
H1-C40-II 40% 2.73 0.99 3.72 26.7%
H1.25-C10-I
1.25
10% 6.67 0.47 7.14 6.6%
H1.25-C30-I 30% 5.39 1.28 6.67 19.1%
H1.25-C40-I 40% 4.78 1.85 6.62 27.9%
H1.5-C15-I
1.50
15% 9.12 0.99 10.11 9.8%
H1.5-C20-I 20% 8.69 1.61 10.30 15.6%
H1.5-C20-II 20% 8.64 1.51 10.16 14.9%
H1.5-C30-I 30% 7.79 1.51 9.30 16.3%
H1.5-C40-II 40% 6.75 2.32 9.07 25.6%
RESULTADOS
TIRANTE DEL FLUJO
▪ Se hizo un registro
continuo del tirante en 7
secciones de control.
▪ Se registró el tirante de
los flujos con un intervalo
de tiempo de 0.04s.
▪ Los registros muestran que
los flujos de escombros son
flujos impermanentes.
▪ Los registros presentaron
una alta turbulencia
durante el paso de la onda.
RESULTADOS
VELOCIDAD DEL FRENTE DE ONDA
▪ El avance del frente de
onda se analizó haciendo
uso de los registros de
videos.
▪ Se evaluó el avance del
frente respecto a la
progresiva en planta de la
quebrada.
▪ El análisis se hizo desde
la liberación (x=0, t=0)
hasta el punto de interés
(x,t)
RESULTADOS
AVANCE DEL FRENTE
DE ONDA:
POSICIÓN, x (m)
Vs
TIEMPO, t (s)
Caso I:
Altura de dique
Hd = 1.00 m
Caso II:
Altura de dique
Hd = 1.25 m
Caso III:
Altura de dique
Hd = 1.50 m
RESULTADOS
VELOCIDAD, V (m/s)
Vs
POSICIÓN, x (m)
Caso I:
Altura de dique
Hd = 1.00 m
Caso II:
Altura de dique
Hd = 1.25 m
Caso III:
Altura de dique
Hd = 1.50 m
RESULTADOS
VELOCIDAD, V (m/s)
vs
CONCENTRACIÓN
VOLUMÉTRICA, Cv (%)
Tendencia lineal
RESULTADOS
VELOCIDAD, V (m/s)
vs
VOLUMEN, V (m3)
Velocidad máxima
Velocidad mínima
CONCLUSIONES
▪ Los flujos de escombros deben ser evaluados debido a que
ocurren frecuentemente generando muchos daños.
▪ El modelamiento físico es una muy buena forma de estudiar
los flujos de escombros ya que brindan información
importante acerca de estos.
▪ Los resultados muestran que podría existir una diferencia
entre los flujos de escombros (hiperconcentrados) y los
flujos de agua (que transportan sedimentos) marcada por la
concentración volumétrica.
▪ La data experimental obtenida muestra que puede ser
utilizada para elaboración de relaciones empíricas,
calibración de modelos numéricos y construcción de gráficos
acerca del fenómeno.
¡MUCHAS
GRACIAS!Contacto:
Ing. ROGER HIDALGO GARCÍA
Profesor Asociado - FIC -
UNI
www.imefen.uni.pe