CONCEPTOS DE FLUJOS DE ESCOMBROS EN QUEBRADAS

Presentación del tema: "CONCEPTOS DE FLUJOS DE ESCOMBROS EN QUEBRADAS"— Transcripción de la presentación:

1 CONCEPTOS DE FLUJOS DE ESCOMBROS EN QUEBRADAS
Por. Ing. Ada Arancibia S. MSc, PMP.1 Lima, 26 Octubre 2012 1: Ing. Jefe de Proyectos CESEL S.A.

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3 Contenido Introducción Definición de Quebradas Conceptos Básicos
Tipos de Flujo – Clasificación Modelos Matemáticos Caracterización de Flujos en Quebradas Conclusiones Referencias Bibliográficas

4 Introducción Naturaleza variada Clima Geografía Estructura Población
Costa Sierra Selva

5 Introducción Desastres Naturales

6 Definición de Quebradas
Forma Topográfica

7 Definición de Quebradas
Forma Topográfica

8 Definición de Quebradas
Esquema Típico

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11 Definición de Quebradas
Etapas de Formación

12 Conceptos Básicos Viscosidad de un Fluido: Propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. Se debe principalmente a las interacciones entre las moléculas del fluido

13 Conceptos Básicos Fluidos Newtonianos Fluidos NO

14 Tipos de Flujos Flujos de Lodos Flujos hiperconcentrados
Flujos de escombros / detritos

15 Flujo de Lodos (Mudflows)
Alta concentración de limos y arcillas Flujos viscosos Pulsos intermitentes Baja velocidad Concentración de partículas finas 90 kg/m3 Cohesión por mezcla suelo-agua

16 Flujos Hiperconcentrados
Predominan partículas granulares No hay cohesión sino Dispersión Deposito clasificado de partículas

17 Flujo de Detritos/Escombros (Debris flow)
Los sólidos controlan el flujo “Flujo Turbulento de granos” Flujos turbulentos de dos fases: slurry (agua+finos) y sólida. Gran velocidad

18 Clasificación por Cv Concentración de Sedimentos
Volumen de sedimentos / Volumen de sedimentos más agua. Esta concentración nos indica el comportamiento del flujo según el siguiente Cuadro.

19 Cuadro de Cv

20 Gráficamente

21 Condiciones para el Flujo
AGUA SEDIMENTOS TIPO DE FLUJO

22 Modelos Matemáticos Modelo de Manning (n) Modelo de Fluido Bingham
Avenidas de agua Modelo de Fluido Bingham Flujo de Lodos Modelo de Fluido Dilatante (Takahashi 1983) Fase liquida + Fase solida Modelo Reológico Cuadrático de O’Brien y Julie (1985)

23 Modelos Matemáticos Fluidos Newtonianos Fluidos NO

24 Modelos Matemáticos Modelo Reológico Cuadrático de O’Brien y Julie (1985) Esfuerzo Limite Cohesivo Esfuerzo C. Mohr-Coulomb Esfuerzo C. Viscoso Esfuerzo C. Turbulento Esfuerzo C. Dispersivo

25 Modelos Matemáticos Modelo Reológico Cuadrático de O’Brien y Julie (1985) Gradiente de Velocidad Viscosidad dinámica Coeficiente de Esfuerzos Cortantes Inerciales Esfuerzo De Cedencia Esfuerzo C. Viscoso Esfzo C. Turbulento Esfzo C. Dispersivo

26 Parámetros Reológicos
Viscosidad Esfuerzo de Cedencia

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28 Ensayo de la matriz del fluido (<0
Ensayo de la matriz del fluido (<0.072mm), sin considerar el material grueso

29 Modelos de cálculo de Caudales
Utilizado por Jica (Takahashi) Volumen de Detritos Volumen de Agua Densidad de Detritos Densidad del Agua Caudal Pico del Agua

30 Modelos de cálculo de Caudales
Fluidos Dilatantes (Bagnold) M: Volumen del flujo de escombros

31 Modelos de cálculo de Caudales
Utilizado en China y Japón (Costa, 1984)

32 Caracterización de Solidos
Inspección de Campo Investigaciones en Laboratorio Caracterización Geológica Caracterización Topográfica Volumen Disponible de Sedimentos Caracterización Hidrológica Definición del Tipo de Fluido Caracterización de Sólidos Definición de Parámetros Reológicos

33 Caracterización de los Solidos
Inspección de Campo

34 Caracterización de los Solidos
Investigaciones en Laboratorio Caracterización Geológica Caracterización Topográfica

35 Caracterización de los Sólidos
Volumen disponible de sedimentos

36 Caracterización geológica

37 Caracterización de los Sólidos
Caracterización hidrológica Tormenta de Diseño Definición del Tipo de fluido Cv Definición de los parámetros reológicos.

38 Caracterización de los Sólidos

39 Caracterización de los Sólidos

40 Modelación Tr = 500 años Tr = años

41 Modelación Tr = 500 años Tr = años

42 Conclusiones y Recomendaciones
La mecánica del flujo de los sólidos en quebradas es diferente a la mecánica de flujos de sedimentos en los ríos, y por ende el enfoque de análisis para ambos no es el mismo. El análisis del comportamiento del flujo de escombros es muy complejo de describir y para ello, se requiere idealizar el flujo como un flujo no-Newtoniano. El modelamiento de flujos de escombros están basados en muchas relaciones empíricas, cuya efectividad aun no ha sido probada para el caso de flujos de escombros en nuestro país. Es importante caracterizar los flujos de escombros en el Perú para poder definir mejor los parámetros de diseños para las diferentes estructuras adyacentes a las quebradas.

43 Referencias Bibliograficas
Arancibia Samaniego, Ada (1988). Criterios para manejo de quebradas y su aplicación en el diseño de obras civiles. Lima. Bello, López, García & O’Brien (2003). “Simulation of Flooding and Debris Flow in the Cerro Grande River”, Acta Científica Venezolana, Vol. 54, Suplemento No.1, pp.22-32 Cordova J.R & Sanabria M.G (2003). “Estimación de los volúmenes y caudales máximos que produjeron los Aludes torrenciales ocurridos en Diciembre de 1999 en Cuencas del Litoral Central del Estado de Vargas, Venezuela”, Acta Científica Venezolana, Vol. 54, Supl. No.1, pp.33-48 Gary Gallino & Thomas Pierson (1985). “Polallie Creek Debris Flow and Subsequent Dam-Break Flood of 1980, East Fork Hood River

44 Referencias Bibliograficas
Basin, Oregon”, U.S Geological Survey Water-Supply, paper 2273 O’Brien & Julien (1988). “Laboratory Analysis of Mudflow Properties”, J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 114, Issue 8, pp O’Brien, Julien and Lan (1991). “Rheology of Hiperconcentrations”, J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 117, Issue 3, pp O’Brien, Julien and Fullerton (1993). “Two-dimensional water flood and mudflow simulation”, J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 119, Issue 2, pp O. Hungr, G.C Morgan y R. Kellerhals (1984). “Quantitative analysis of debris torrent hazards for design of remedial measures”, Canadian Geotech Journal, Vol.21, pp Philippe Coussot, Dominique Laigle, Massimo Arattano, Andrea Deganutti and Lorenzo Marchi (1998). “Direct Determination of Rheological Characteristics of Debris Flow”, J. Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 124, Issue 8, pp