Relación de parámetros dinámicos de flujos experimentales de huaycos en una quebrada natural

Abstract

Los huaycos (flujos de escombros) son fenómenos que frecuentemente ocurren en las regiones empinadas y montañosas de nuestro país que afectan personas, infraestructura, cultivos, etc. Por ello, es un fenómeno que debe investigarse para poder conocer sus características y con ello identificar las zonas que pueden ser afectadas y reducir los daños ocasionados por estos. La presente investigación es un trabajo enfocado en el manejo experimental de los flujos de huaycos realizado en un modelo físico que se ha acondicionado e instrumentado dentro del área de una quebrada natural en el que se evaluaron parámetros relacionados con el tránsito del flujo como son el tirante y la velocidad. Estos parámetros fueron estudiados a través de la liberación de una mezcla experimental y las mediciones hidráulicas realizadas durante su viaje por el cauce de la quebrada. Una combinación de agua con material granular en varias proporciones debidamente establecidas fue utilizada como mezcla experimental dentro de la investigación para simular los flujos de huaycos en las que se obtuvieron un total de 15 ensayos como resultado de la experimentación. Estos ensayos otorgaron datos de tirantes, velocidad y topografía utilizada con el objetivo de ser relacionada con las variables iniciales para elaboración de gráficos adimensionales y la proposición de ecuaciones empíricas. En el análisis de los datos obtenidos, se evaluó la relación entre el tirante y la velocidad con respecto a la posición, concentración volumétrica de sólidos, volumen de material experimental y una pendiente media ponderada denominada pendiente progresiva. Como resultado de la investigación, se concluyó que el tirante era una propiedad física que no podía ser representada por una ecuación empírica con relación a las variables iniciales establecidas debido a la aleatoriedad de su naturaleza. Sin embargo, la velocidad fue la variable que tuvo un comportamiento más uniforme y presentó mejores resultados en cuanto a relaciones y tendencias. La concentración volumétrica de sólidos y el volumen de material mostraron una influencia sobre los valores de la velocidad, siendo una relación inversa y directa respectivamente, mientras que la posición y la pendiente progresiva presentaron una influencia en el desarrollo de la velocidad. Finalmente, se obtuvo una ecuación empírica producto de un análisis dimensional en las variables. Esta ecuación presenta una relación logarítmica de la velocidad con respecto al volumen y la pendiente progresiva y una relación lineal con respecto a la concentración volumétrica. V/√gx=0.645+ln⁡[(V/x^3 )^0.041 〖S_p〗^0.026 ]-0.369Cv

Debris flows (called in Peru, “huaycos”) are phenomena that frequently occur in the steep and mountainous regions of our country. They affect people, infrastructure, farms, etc. Therefore, debris flow is a phenomenon that should be investigated in order to predict its behavior under different conditions. The present study is focused on the experimental handling of debris flows- This has been accomplished in a physical model that has been conditioned and equipped over the area of a steep ravine where variables related with flow routing, such as depth and velocity, were evaluated. Those parameters were studied through the release of an experimental mixture and hydraulic measurements were taken while the flow travel over the main channel of the ravine. A combination of water with granular material in several properly stablished proportions was used as experimental mixture in the research for simulating debris flows. Fifteen tests were conducted. Those tests gave experimental data of flow depth, velocity and topography used with the objective to relate them with the initial variables in order to elaborate non-dimensional graphics and propose empirical relationships. In the analysis of the obtained data, the relation of the flow depth and velocity with respect to the position, volumetric concentration of solids, volume of experimental material and a weighted averaged slope named progressive slope was evaluated. As a result of the study, it was concluded that flow depth cannot be represented by an empirical relationship, in relation with the established initial variables, due to its random nature. However, velocity was the variable that had a more predictable behavior and showed better results in terms of variable correlations. Volumetric concentration of solids and the volume of material showed an influence over the velocities’ values, being inverse and direct respectively, while the position and the progressive slope showed an influence over the development of velocity. Finally, an empirical relationship was obtained as a product of dimensional analysis. That equation shows a logarithmic relation respect to the volume and the progressive slope, and a lineal relation respect to the volumetric concentration. V/√gx=0.645+ln⁡[(V/x^3 )^0.041 〖S_p〗^0.026 ]-0.369Cv