Solución numérica de flujos de material desagregado : método penalizado de multidominios espectrales

Con base en la teoría de aguas someras, este trabajo presenta la modelación numérica de flujos de material desagregado. Esta teoría se basa en la mecánica de medios continuos, perspectiva Euleriana, con la que se tiene un conjunto de ecuaciones, una de masa y dos de momentum. Los términos fuente contienen las fuerzas de los sólidos y el fluido encargados de la disipación de la energía. Para relacionar los esfuerzos verticales y horizontales de los sólidos se utiliza un coeficiente lateral de tierras regularizado, con el fin de mantener la estabilidad en la solución. Para la discretización espacial se utilizó un método de precisión de alto orden llamado método penalizado de multidominios espectrales. Esta técnica se basa en el método de colocación aplicado a múltiples subdominios rectangulares. La conexión entre subdominios se realiza mediante un término de penalización que asegura la estabilidad de la solución mediante la imposición de una continuidad débil en las interfaces de subdominio. Para conservar en orden de precisión se utilizó un método de Runge-Kutta de preservación de estabilidad fuerte. Debido a la presencia de oscilaciones de Gibbs es necesario utilizar un filtro espectral. El caso de estudio es una avalancha granular, básicamente una mezcla de sólidos y aire que desciende por un canal rectangular de pendiente variable. Los resultados numéricos se validan con mediciones experimentales dadas por Denlinger e Iverson (2001). Los resultados predicen de forma adecuada el experimento y otras simulaciones numéricas.Magíster en HidrosistemasMaestrí

Modelos para simulación de procesos de remoción en masa desagregados. Comparación con el método de talud infinito

As an option against typical methods for slope stability analysis, this paper implements a procedure to model material flows from continuum mechanics (Eulerian approach), proposed by Iverson and Denlinger [1]. This methodology involves the behavior of a Newtonian fluid-and-solid mixture whose friction interaction is denoted by the Coulomb law. The momentum equation is simplified in such a way that generates an analytic solution, which was used to perform a sensitivity analysis. The sensitivity analysis shows the most relevant parameters in the model, i.e. slope angle, bedrock friction angle and pore pressure fraction, which govern the slope stability. As a further advantage compared against typical methods of slope stability based on limit equilibrium, the method implemented takes into account not only the field deformation mode but the safety factor, and most importantly, calculates the speed of the sliding mass and distance covered. The results may be used as a partial input to assess both hazard and vulnerability probabilistic of infrastructure impacted by a disrupted material flow.Como una forma alternativa a los métodos convencionales para analizar la estabilidad de taludes, este artículo implementa un procedimiento para modelar los flujos de material desagregado que parten de la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), propuesta por Iverson y Delinger [1]. Esta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fluido newtoniano y sólido cuya interacción friccional se representa por la ley de fricción de Coulomb. La ecuación de momentum es simplificada de tal forma que permite generar una solución analítica, a la cual se le hizo un análisis de sensibilidad. Los resultados del análisis de sensibilidad muestran que los parámetros que más influyen en el modelo son: el ángulo de talud, el ángulo de fricción del lecho y la fracción de presión de poros, que a su vez, determinan la estabilidad del talud. Como ventaja adicional a los métodos usuales de estabilidad de taludes basados en equilibrio límite, el método implementado además de tener en cuenta el modo de deformación en campo, entrega el factor de seguridad, y lo más importante, calcula la velocidad de la masa deslizada y la distancia que recorre. Los resultados se pueden utilizar como insumo parcial para evaluar tanto la amenaza probabilística como la vulnerabilidad de infraestructura afectada por flujo de material desagregado

Bases para el análisis de confabilidad de fujos de material desagregado

Como una forma alternativa a los métodos convencionales para realizar análisis de estabilidad de taludes usando la teoría de equilibrio límite, este artículo hace uso de un procedimiento para simular fujos de material desagregado que parte desde la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), conservación de masa y momentum. Ésta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fuido Newtoniano y sólido cuya interacción friccional es representada por la ley de resistencia de Coulomb. La ecuación de momentum es simplifcada para un caso idealizado de forma tal que permite generar una solución analítica de la velocidad y el desplazamiento del centro de masa. Este tipo de aproximaciones permite tener en cuenta el modo de deformación que se observa en campo en los deslizamientos superfciales, a diferencia de los métodos convencionales basado en equilibrio límite (dovelas – talud infnito), donde la suposición es de movimiento de cuerpo rígido. La solución analítica entrega las bases para ser usada como insumo para estimar el nivel de exposición a través la forma como varía la probabilidad de ocurrencia de un nivel de velocidad del fujo de material desagregado en función de la distancia de la fuente del material.  As an alternative to conventional methods for slope stability analysis using limit equilibrium theory, this paper uses a method to simulate material flows disrupted arising from the continuum mechanics (Eulerian perspective),conservation mass and momentum, proposed by Iverson and Denlinger (2001a). This procedure involves the behavior of a mixture of solid and Newtonian fluid whose interaction is represented by frictional resistance law of Coulomb. The momentum equation is simplified for an idealized case in order to obtain an analytical solution to generate the velocity and displacement of the center of mass. This type of approach allows taking into account the mode of deformation observed in field, unlike conventional methods based on equilibrium limit (slices – infinite slope), where the assumption is rigid body motion. The analytical solution is used as the basis for estimate the exposure of infrastructure within the framework of analysis based on reliability. The results show how varies the conditional probability of occurrence of a velocity depending on the distance of the source material

Bases para el análisis de confabilidad de fujos de material desagregado

Como una forma alternativa a los métodos convencionales para realizar análisis de estabilidad de taludes usando la teoría de equilibrio límite, este artículo hace uso de un procedimiento para simular fujos de material desagregado que parte desde la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), conservación de masa y momentum. Ésta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fuido Newtoniano y sólido cuya interacción friccional es representada por la ley de resistencia de Coulomb. La ecuación de momentum es simplifcada para un caso idealizado de forma tal que permite generar una solución analítica de la velocidad y el desplazamiento del centro de masa. Este tipo de aproximaciones permite tener en cuenta el modo de deformación que se observa en campo en los deslizamientos superfciales, a diferencia de los métodos convencionales basado en equilibrio límite (dovelas – talud infnito), donde la suposición es de movimiento de cuerpo rígido. La solución analítica entrega las bases para ser usada como insumo para estimar el nivel de exposición a través la forma como varía la probabilidad de ocurrencia de un nivel de velocidad del fujo de material desagregado en función de la distancia de la fuente del material.  As an alternative to conventional methods for slope stability analysis using limit equilibrium theory, this paper uses a method to simulate material flows disrupted arising from the continuum mechanics (Eulerian perspective),conservation mass and momentum, proposed by Iverson and Denlinger (2001a). This procedure involves the behavior of a mixture of solid and Newtonian fluid whose interaction is represented by frictional resistance law of Coulomb. The momentum equation is simplified for an idealized case in order to obtain an analytical solution to generate the velocity and displacement of the center of mass. This type of approach allows taking into account the mode of deformation observed in field, unlike conventional methods based on equilibrium limit (slices – infinite slope), where the assumption is rigid body motion. The analytical solution is used as the basis for estimate the exposure of infrastructure within the framework of analysis based on reliability. The results show how varies the conditional probability of occurrence of a velocity depending on the distance of the source material

Niveles umbrales de lluvia que generan deslizamientos: Una revisión crítica

Multiple rainfall-landslides relationships have been proposed for early warning systems in the world. This work presents a data base that synthesizes the state of the art of rainfall thresholds that generate mass movements in the entire world. The more common rainfall-landslides relationships are processed in order to analyze data in function of the Köppen climatic classification and the area for which it was proposed. The results show a wide range of parameters derived from rainfall that triggers landslides together with considerable differences between threshold values. Data analysis shows the necessity to obtain parameters and thresholds derived from the rainfall that generate landslides for each specific geographical and climatic zone. For that reason, it is possible to generate a rational background that allows us to establish early warning systems of landslides caused by rainfall with low variability. This work provides insights into the catalog of possible parameters derived from rainfall records that allow us to generate thresholds to predict the landslides occurrence. Researchers will have the possibility to search for rainfall-landslide relationships based on statistical analysis, with a wide spectrum of parameters, beyond the traditional variables of antecedent rainfall and the intensity occurred the day of the landslide. En el mundo se han propuesto múltiples relaciones lluvia-deslizamientos para sistemas de alerta temprana. Este trabajo presenta una base de datos que sintetiza el estado del arte de umbrales de lluvia que generan movimientos en masa en todo el mundo. Las relaciones más comunes lluvia-deslizamiento se procesan con el fin de analizar los datos en función de la clasificación climática de Köppen y el área para la cual fue generada. Los resultados muestran la amplia oferta disponible de tipos de parámetros derivados de lluvia que producen deslizamientos, unido con las diferencias considerables en los valores umbrales que pueden tomar dichos parámetros. Estos resultados se condensan en figuras comparativas de niveles umbrales de lluvia que generan deslizamientos propuestos en el mundo para diferentes parámetros. Del análisis de la información recopilada resulta evidente la necesidad de obtener parámetros y umbrales derivados de lluvia que generan deslizamientos para cada zona geográfica y climática específica, de forma tal que se pueda generar una base racional de conocimiento que permita establecer sistemas de alerta temprana de deslizamientos detonados por lluvias con baja variabilidad. Este trabajo aporta en la construcción del conocimiento del catálogo de posibles parámetros derivados de registros de precipitación que permiten generar umbrales de predicción de ocurrencia de deslizamientos. Los investigadores tendrán la posibilidad de buscar relaciones lluvia-deslizamiento, basadas en análisis estadísticos, con una amplia paleta de parámetros, más allá de las variables tradicionales de lluvia antecedente e intensidad ocurrida el día del deslizamiento

Simulación numérica de flujos de material desagregado: método penalizado de multidominios espectrales

Con base en la teoría de aguas someras, este trabajo presenta la modelación numérica de flujos de material desagregado. Esta teoría se basa en la mecánica de medios continuos, perspectiva Euleriana, con la que se tiene un conjunto de ecuaciones, una de masa y dos de momentum. Los términos fuente contienen las fuerzas de los sólidos y el fluido encargados de la disipación de la energía. Para relacionar los esfuerzos verticales y horizontales de los sólidos se utiliza un coeficiente lateral de tierras regularizado, con el fin de mantener la estabilidad en la solución. Para la discretización espacial se utilizó un método de precisión de alto orden llamado método penalizado de multidominios espectrales. Esta técnica se basa en el método de colocación aplicado a múltiples subdominios rectangulares. La conexión entre subdominios se realiza mediante un término de penalización que asegura la estabilidad de la solución mediante la imposición de una continuidad débil en las interfaces de subdominio. Para conservar en orden de precisión se utilizó un método de Runge-Kutta de preservación de estabilidad fuerte. Debido a la presencia de oscilaciones de Gibbs es necesario utilizar un filtro espectral. El caso de estudio es una avalancha granular, básicamente una mezcla de sólidos y aire que desciende por un canal rectangular de pendiente variable. Los resultados numéricos se validan con mediciones experimentales dadas por Denlinger e Iverson (2001). Los resultados predicen de forma adecuada el experimento y otras simulaciones numéricas

Modelos para simulación de procesos de remoción en masa desagregados. Comparación con el método de talud infinito

As an option against typical methods for slope stability analysis, this paper implements a procedure to model material flows from continuum mechanics (Eulerian approach), proposed by Iverson and Denlinger [1]. This methodology involves the behavior of a Newtonian fluid-and-solid mixture whose friction interaction is denoted by the Coulomb law. The momentum equation is simplified in such a way that generates an analytic solution, which was used to perform a sensitivity analysis. The sensitivity analysis shows the most relevant parameters in the model, i.e. slope angle, bedrock friction angle and pore pressure fraction, which govern the slope stability. As a further advantage compared against typical methods of slope stability based on limit equilibrium, the method implemented takes into account not only the field deformation mode but the safety factor, and most importantly, calculates the speed of the sliding mass and distance covered. The results may be used as a partial input to assess both hazard and vulnerability probabilistic of infrastructure impacted by a disrupted material flow.Como una forma alternativa a los métodos convencionales para analizar la estabilidad de taludes, este artículo implementa un procedimiento para modelar los flujos de material desagregado que parten de la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), propuesta por Iverson y Delinger [1]. Esta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fluido newtoniano y sólido cuya interacción friccional se representa por la ley de fricción de Coulomb. La ecuación de momentum es simplificada de tal forma que permite generar una solución analítica, a la cual se le hizo un análisis de sensibilidad. Los resultados del análisis de sensibilidad muestran que los parámetros que más influyen en el modelo son: el ángulo de talud, el ángulo de fricción del lecho y la fracción de presión de poros, que a su vez, determinan la estabilidad del talud. Como ventaja adicional a los métodos usuales de estabilidad de taludes basados en equilibrio límite, el método implementado además de tener en cuenta el modo de deformación en campo, entrega el factor de seguridad, y lo más importante, calcula la velocidad de la masa deslizada y la distancia que recorre. Los resultados se pueden utilizar como insumo parcial para evaluar tanto la amenaza probabilística como la vulnerabilidad de infraestructura afectada por flujo de material desagregado

Modelación Matemática para Flujos de Material Desagregado

Como una forma alternativa a los métodos convencionales para realizar análisis de estabilidad de taludes, este artículo presenta una revisión bibliográfica de algunos procedimientos para modelar los flujos de material desagregado que parten desde la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), conservación de masa y momentum, de las que se selecciona la metodología propuesta por Iverson & Denlinger en el 2001. Esta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fluido Newtoniano y sólido cuya interacción friccional es representada por la ley Coulomb. La ecuación de momentum es simplificada de tal forma que permiten generar una solución analítica, a la cual se le realizó un análisis de sensibilidad de acuerdo a cada uno de los parámetros de entrada. Los resultados del análisis de sensibilidad muestran que los parámetros que más influyen en el modelo son el ángulo de talud, el ángulo de fricción del lecho y la fracción de presión de poros, ya que determinan la estabilidad del talud. En caso de que el talud se desplace las variables que más influyen son la viscosidad dinámica y el espesor de flujo. El modelo simplificado se puede utilizar para el cálculo por etapas de la velocidad y el desplazamiento del centro de masa, por lo que sirve como insumo para evaluar la vulnerabilidad de infraestructura afectada por flujos de material desagregado.

Bases para el análisis de confabilidad de fujos de material desagregado

As an alternative to conventional methods for slope stability analysis using limit equilibrium theory, this paper uses a method to simulate material flows disrupted arising from the continuum mechanics (Eulerian perspective),conservation mass and momentum, proposed by Iverson and Denlinger (2001a). This procedure involves the behavior of a mixture of solid and Newtonian fluid whose interaction is represented by frictional resistance law of Coulomb. The momentum equation is simplified for an idealized case in order to obtain an analytical solution to generate the velocity and displacement of the center of mass. This type of approach allows taking into account the mode of deformation observed in field, unlike conventional methods based on equilibrium limit (slices – infinite slope), where the assumption is rigid body motion. The analytical solution is used as the basis for estimate the exposure of infrastructure within the framework of analysis based on reliability. The results show how varies the conditional probability of occurrence of a velocity depending on the distance of the source material.Como una forma alternativa a los métodos convencionales para realizar análisis de estabilidad de taludes usando la teoría de equilibrio límite, este artículo hace uso de un procedimiento para simular fujos de material desagregado que parte desde la mecánica de medios continuos (perspectiva Euleriana), conservación de masa y momentum. Ésta metodología supone el comportamiento de una mezcla de fuido Newtoniano y sólido cuya interacción friccional es representada por la ley de resistencia de Coulomb. La ecuación de momentum es simplifcada para un caso idealizado de forma tal que permite generar una solución analítica de la velocidad y el desplazamiento del centro de masa. Este tipo de aproximaciones permite tener en cuenta el modo de deformación que se observa en campo en los deslizamientos superfciales, a diferencia de los métodos convencionales basado en equilibrio límite (dovelas – talud infnito), donde la suposición es de movimiento de cuerpo rígido. La solución analítica entrega las bases para ser usada como insumo para estimar el nivel de exposición a través la forma como varía la probabilidad de ocurrencia de un nivel de velocidad del fujo de material desagregado en función de la distancia de la fuente del material.