Cálculos de flujo hiperconcentrado

Antes los recientes y ya recurrentes eventos extremos en el país, la colmatación de estructuras como diques nos habla de un acarreo de sólidos. Ante esto los estudios de flujo hiperconcentrado se hacen recomendables e imprescindibles, detallamos los cálculos de flujo hiperconcentrado con el Método de Tkahashi y eñ Método de O”Brien:

METODO DE TAKAHASHI

Perfil esquemático de un flujo de detritos. Fuente: Estudio experimental de corrientes detríticas

Método de Takahashi:

El método de Takahashi es un enfoque teórico-práctico para analizar y calcular flujos hiperconcentrados, como flujos de escombros (debris flows) y flujos de lodo, comunes en quebradas y laderas ante lluvias intensas o eventos hidrológicos extremos. Pero, ¿cuál es su método de cálculo?

El caudal total se obtiene sumando al caudal de delodos y piedras el caudal de material fino.
Así, Qt = Qs + Qf
donde:
C* : Densidad volumétrica de sedimentos del lecho. Usualmente, C* = 2.65
Cd : densidad volumétrica del flujo de lodo y piedras. Se obtiene mediante la ecuación:
donde:
: densidad del fluido de detritos. Puede asumirse igual a 1.25 ton/m3s.
: densidad del material de lodo y piedras. Puede asumirse igual a 2.2 ton/m3
: ángulo del talud
φ : ángulo de fricción interna
Para un ejemplo utilizaremos los siguientes datos:
= 1.25 ton/m3
= 2.2 ton/m3
tan = pendiente promedio de del cacuce = 0.074
tan φ = tan 37° = 0.074
Cd = 0.143
De este modo, se tendrá:
C* = 2.64 ton /m3

Método de O’Brien:

El método de O’Brien es un enfoque ampliamente utilizado para analizar flujos hiperconcentrados, especialmente flujos de lodo (mudflows) y flujos de escombros (debris flows). A diferencia del método de Takahashi, que se centra en la dinámica bifásica (sólido-líquido), O’Brien aborda el problema desde una perspectiva reológica, tratando el flujo como un fluido no newtoniano con propiedades viscosas y plásticas.
Pero, ¿cuál es su método de cálculo?

Según este método: Qt = BF * Ql
donde:
Qt – caudal total de flujo de detritos
BF – factor (bulking factor), el cual se determina mediante la relación: BF = 1 / (1 – Cv)
Cv es la concentración volumétrica de detritos.
Cv varía entre 0.20 para flujos bajos y 0.45 para flujos altos
Ql – caudal líquido
Ejemplo de aplicación:
En el presente caso, se asumirá Cv = 0.30 (valor intermedio entre los límites señalados)
De esta manera, se tendrá:

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