Modelación numérica de los procesos de erosión/depositación en flujos detríticos: aplicación en quebradas afluentes a Río El Carmen, Huasco

Abstract

Los flujos detríticos son un fenómeno natural al cual Chile es especialmente susceptible, contándose cientos de muertes y millones de dólares en pérdidas en las últimas décadas. Debido a que la magnitud de estos está principalmente controlada por la cantidad de material que son capaces de incorporar a su paso, los procesos de erosión y depositación son de particular importancia y deben ser incluidos en las simulaciones numéricas que busquen estimar el riesgo que estos suponen. El objetivo de esta Tesis es incluir los procesos de erosión y depositación en la modelación numérica de este tipo de flujos. Para esto se crea un modelo numérico que, además de incorporarlos, permite simular el flujo por medio de un conjunto de ecuaciones de conservación promediadas en la vertical. Dichas ecuaciones, válidas para un fluido equivalente de densidad variable, son resueltas sobre una geometría tridimensional compleja de lecho móvil, el cual se adapta en función el material incorporado y depositado por el flujo. El modelo numérico es implementado en OpenFOAM® utilizando el método de áreas finitas y está disponible para ser modificado y usado de forma libre por cualquier usuario. El modelo numérico es capaz de representar de buena forma los resultados obtenidos por otros modelos y por mediciones experimentales realizadas en flujos detríticos reales de gran escala. Se prueba el modelo en distintas geometrías variando las ecuaciones utilizadas para representar los procesos de erosión y depositación , además de la fricción del flujo con el lecho. Los resultados obtenidos son fuertemente dependientes de las ecuaciones y los parámetros utilizados, siendo la erosión uno de los procesos más importantes. Esto último debido a su capacidad para aumentar en hasta un orden de magnitud el volumen total de la mezcla, lo cual modifica, entre otros, el caudal, altura y velocidad del flujo. El modelo generado puede ser de gran utilidad para evaluar el riesgo que pueden provocar los flujos detríticos sobre las personas y la infraestructura ubicada en quebradas susceptibles a generarlos. No obstante, el modelo sigue estando en una etapa temprana de su desarrollo y es necesario continuar probando y mejorando su funcionamiento.