Estudio Experiemntal de Obras de Protección Contra Aluviones

Abstract

El alto riesgo aluvional existente en el país debido a la presencia de grandes montañas sujetas a las inclemencias del tiempo, sumado a la creciente presión urbana por utilizar sectores cada vez más expuestos a este tipo de eventos, justifican estudios sobre el comportamiento de flujos detríticos y la posibilidad de mitigar sus efectos mediante la construcción de obras de protección y control. En esta tesis se desarrolló un estudio experimental sobre la dinámica de flujos detríticos y su interacción con distintos obstáculos interpuestos al paso del flujo que simulan obras de protección. La instalación experimental consiste en una canal de alta pendiente de 20 cm de ancho por 6,5 m de largo disponible en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de Chile. Una cámara de carga, la que se conecta con el canal a través de una compuerta, es alimentada con una mezcla de agua y sedimentos constituidos por fracciones de arena, grava y bentonita. El flujo se genera tras la apertura repentina de la compuerta. La altura de la apertura varia entre 1 ó 2 cm. Las obras fueron materializadas como barreras de geometría simple, ubicadas lo suficientemente aguas abajo de la entrada al canal como para permitir el desarrollo completo del flujo. Tanto las características del flujo como la interacción de éste con las barreras fueron obtenidas a través del procesamiento de imágenes capturadas mediante el uso de tres cámaras de video. En el estudio de la dinámica de los flujos detríticos generados, se buscó cuantificar los principales procesos físicos que controlan el movimiento: colisiones entre partículas, fricción entre partículas (esfuerzos de Coulomb) y la interacción entre las partículas y el fluido ambiente. La cuantificación de estos procesos se realizó a través de los parámetros adimensionales: número de Bagnold (Ba), número de Savage (Sa) y número de fricción (Nf). Los resultados muestran que los flujos detríticos se sitúan en el régimen de transición macroviscoso-inercial o en el inercial, según la clasificación de Bagnold, mostrando un predominio de las colisiones por sobre la fricción. La viscosidad del fluido intersticial se vuelve importante a medida que se aumenta la concentración de sedimento fino en la mezcla. En cuanto al efecto de las barreras en el flujo detrítico, se concluye que dependiendo de la estrategia de control aluvional, además de las condiciones de flujo y del terreno, este tipo de obras pueden resultar efectivas para la mitigación del riesgo aluvional. Barreras impermeables pueden actuar como importantes trampas de sedimento en pendientes no muy pronunciadas, mientras que barreras permeables son capaces de retener, temporalmente, considerables volúmenes de sedimento, retardando así el caudal máximo de descarga de sedimentos. El espaciamiento entre barreras constituye un elemento importante en el diseño, ya que en gran medida controla el comportamiento y efectividad de ellas. Nuevos estudios tendrán que definir el espaciamiento óptimo en función de la estrategia de control deseada, como también profundizar en la caracterización mecánica de flujos de agua-sedimentos de granulometrías extendidas.