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
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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.
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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)
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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)
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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)
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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)
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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
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MODELAMIENTO DE FLUJOS DE ESCOMBROS EN UNA
QUEBRADA EXPERIMENTAL
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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
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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
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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
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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
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FLUJO EXPERIMENTAL
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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%
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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.
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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)
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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
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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
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RESULTADOS
VELOCIDAD, V (m/s)
vs
CONCENTRACIÓN
VOLUMÉTRICA, Cv (%)
Tendencia lineal
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RESULTADOS
VELOCIDAD, V (m/s)
vs
VOLUMEN, V (m3)
Velocidad máxima
Velocidad mínima
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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.
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¡MUCHAS
GRACIAS!Contacto:
Ing. ROGER HIDALGO GARCÍA
Profesor Asociado - FIC -
UNI
www.imefen.uni.pe