Modelación numérica de flujo hiperconcentrado en cauces torrenciales

Abstract

Due to its geographical conditions, the state of Michoacan experiences the onslaught of tropical cyclones so that at least one of these touches or passes near its shores every year (CENAPRED, 2004); such phenomena produce intense rainfalls in the highlands such as hills or mountains which, generate large currents in rivers, landslides slopes and flow of sludge or debris arriving to produce flood and disaster in nearby towns. Landslides constitute one of the geological processes with great social and economic impact in the world, here arises the need to study and analyses this phenomenon. Since some decades ago there have been hyper concentrated or debris flows and similar phenomenon, which caused tragic disasters in towns near the area of the initiation of the phenomenon, producing numerous human and economic losses. Such was the case in the town of Angangueo, Michoacan, in February of the year 2010. The spread of the movement of geo-material, given its dynamic characteristics, can be described using fluid mechanics. This thesis shows an analysis of the Navier-Stokes differential equations, which govern the movement of fluids, as well solutions obtained by finite volume numerical method. The modeling scheme is complemented with Takahashi’s constitutive equation that represents the rheological law. Through this work, a methodology to contribute to the prediction of the behavior of hyper concentrated flow or flow debris will be implemented. This can be oriented towards the development of a tool that provides information about the features of interest in the design and formulation of protection, prevention and mitigation measures.

Debido a sus condiciones geográficas, el estado de Michoacán experimenta el embate de ciclones tropicales de tal forma que al menos, uno de éstos toca o pasa cerca de sus costas al año (CENAPRED, 2004); dichos fenómenos producen lluvias intensas en las partes altas como sierras o montañas que, a su vez, generan grandes avenidas en los ríos, deslizamientos de laderas y flujo de lodos o de derrubios que llegan producir inundaciones y desastres en poblaciones cercanas. Los deslizamientos constituyen uno de los procesos geológicos con mayor repercusión social y económica en el mundo, de aquí la necesidad por estudiar y analizar este fenómeno. Desde hace algunas décadas se han producido flujos hiperconcentrados o de derrubios y fenómenos similares, que han ocasionado trágicos desastres en poblaciones cercanas a la zona de iniciación del fenómeno, registrando numerosas pérdidas humanas y económicas. Tal fue el caso en el municipio de Angangueo, Michoacán, en febrero del 2010. La propagación del movimiento del geo-material, dadas sus características dinámicas puede describirse empleando mecánica de fluidos. En este trabajo, se muestra un análisis de las ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes, las cuales gobiernan el movimiento de los fluidos y se muestran soluciones aproximadas mediante el método numérico de volúmenes finitos. El esquema de modelación debe complementarse con una ecuación que represente la ley reológica, y para ello se ha propuesto el Modelo de Takahashi. Mediante este trabajo se implementará una metodología que contribuya a la predicción del comportamiento de los flujos hiperconcentrados o de derrubios. El cual puede orientarse hacia el desarrollo de una herramienta que proporcione información acerca de las características de interés en el diseño y formulación de medidas de protección, prevención y mitigación.