Diapositiva 1 - Instituto de Ingeniería, UNAM

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MODELIZACIÓN BIDIMENSIONAL DEL TRANSPORTE
DE MADERA EN RÍOS
Ernest Bladé, Martí Sánchez Juny,
Belén Martí Cardona
Virgínia Ruiz Villanueva, Andrés Díaz Herrero
José María Bodoque del Pozo.
.
INTRODUCCIÓN
Que es la Carga leñosa, o detrito leñoso,
O Large Woody Debris (LWD):
Material leñoso dentro del cauce de los ríos (troncos, ramas,
raíces), cuyo diámetro medio es mayor de 10 cm y la longitud
superior a 1 m.
Material leñoso más fino: Fine Woody Debris (FWD)
INTRODUCCIÓN
El transporte de madera aumenta la peligrosidad durante las inundaciones
1. Aumento de niveles
de agua
2. Por el propio impacto
de los troncos
Inundación del Río
Nalón, puente N-632,
Asturias, febrero 2012.
Inundación del Río Fiorentina, Caprile,
Italia, 1966
(Comiti et al., 2008)
(Fotografías de El Comercio e
información cedida por
Elena Fernández, INDUROT)
INTRODUCCIÓN
El IGME (Instituto Gológico-Minero de España) ha desarrollado una metodología
para la estimación del número potencial de árboles que puede llegar a un
tramo de río
Estudio a escala de
cuenca que considera:
•
Topografía
•
Sinuosidad del río
•
Inestabilidad del
terreno
•
Conectividad ríoladeras
•
Inundabilidad
•
Vegetación: tipo,
estado, densidad
TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN
EL MÉTODO PROPUESTO SE BASA EN LA
SIMULACIÓN HIDRODINÁMICA 2D CON IBER
El módulo hidrodinámico resuleve las ecuaciones de St.
Venant.
El modulo de transporte de madera combina el esquema
Euleriano para el flujo con uno Lagrangiano para el transporte de
madera.
LOS TRONCOS SE MUEVEN DEBIDO A LAS FUERZAS ACTUANTES
Gravedad:
Fg  Fw  sin   ( g   w  Lw  Aw  g    Lw  Asub )  sin 
Arrastre:
Fd  U flow  U log  / 2    C d  Lw  y  sin   Asub  cos  
2
Rozamiento
F f  Fn  bed  ( g   w  Lw  Aw  g    Lw  Asub )  bed  cos 
densidad de la madera (ρw), longitud (Lw), diámetro (Dw), el ángulo que forma con respecto al flujo (θ),
calado (h), coeficientes de fricción con el lecho y de arrastre (μbed y Cd)
Área sumergida del tronco



Asub  2  cos 1 1  2  y / Dw   sin 2  cos 1 1  2  y / Dw   Dw / 8
2
a
DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO
En cada instante de tiempo la velocidad del tronco se actualiza con la
aceleración:
U n  1  U n  t  a
log
log
(“log” = tronco)
la aceleración se calcula según al 2ª ley de Newton
F F F
g
f
d
a
 L A
w w w
La posición del tronco se actualiza en cada instante según:
1
X n  1  X n  t  U n  a  t 2
log
log
log 2
(Se considera también la rotación de los troncos a partir de la vorticidad del flujo)
Se simulan las Interacciones de los troncos entre sí como choques entre sólidos
rígidos
V f  (1  e)  Vcm  e  Vi
m1  V01  m2  V0 2
m1  m2
e: coef. de elasticidad
Vcm 
Se considera la interacción entre los
troncos y el cauce:
También se ha incluido la Interacción con obstáculos (condiciones internas).
EFECTO DE LOS TRONCOS SOBRE LA HIDRODINÁMICA
Se incluye en las ecuaciones de Saint Venant 2D un término de resistencia adicional: tensión
tangencial obtenida como la fuerza ejercida sobre los troncos por unidad de área.
F
d
τ wood ,i 
log s
Ai
SIMULACIONES
Ejemplos de simulaciones con transporte por flotación
SIMULACIONES
Ejemplo de simulación en un río. Se aprecia interacción con las orillas
TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN
ENSAYOS EN CANAL DE LABORATORIO
Se realizaron ensayos en un canal con 3 geometrás distintas. Los ensayos se
filmaron, se digitalizó la pelicula para obtener las trayectorias
3 geometrías
(1)
(2)
(3)
Comparación de trayectorias medidas y calculadas:
Se ensayaron atascos en obstrucciones
Se verificó la sobreelevación provocada por los troncos en la lámina de agua:
Modelización de
troncos atrapados
Lámina sin troncos
Lámina con troncos
DATOS DE CAMPO: CUENCA DE VENERO CLARO
Se está trabajando en la calibración/validación en una cuenca instrumentada. Datos
de la cuenca, lluvia y niveles en: http://www.dendro-avenidas.es/veneroclaro/
Sierra de Gredos, España
A = 15 km2
Diciembre de 1997: Avenida con importante transporte de madera
DATOS DE CAMPO: CUENCA DE VENERO CLARO
El IGME realizó la reconstrucción del caudal de
avenida y niveles de agua de la avenida de
1997 a partir de datos pluviométricos y marcas
en la cuenca
Caudal punta: 123 m3/s
19
Observación de campo
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