Modelamiento 3D del Flujo de Avalanchas / Aluviones con OpenFOAM - Software Libre

La gestión de riesgos de desastres naturales requieren saber tanto del factor de seguridad de un talud, como del desarrollo y performance del desastre en sí. Las acciones de prevención y mitigación están asociadas a la identificación de sitios con potencial peligro de aluviones, a las causas que lo provocan y a la comprensión de la magnitud de los eventos.

Para analizar la ocurrencia y desarrollo de deslizamientos se pueden utilizar softwares de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD en sus siglas en inglés) de código libre como OpenFOAM. Con estas simulaciones se puede ver no solo el desarrollo de la avalancha / aluvión, sino saber parámetros relevantes como la velocidad del flujo y la efectividad de las medidas de remediación como mallas o presas de contención.

 

Cómo se modela una avalanca en OpenFOAM?

OpenFOAM es un software para el cálculo de fluidos en general, es decir, puede modelar tanto aire, agua, aceite y cualquier otro fluido. Esto puede añadir un nivel de complejidad al modelamiento ya que se tienen que especificar mucho más parámetros para hacer una simulación, pero también es una ventaja ya que puede simular cualquier fluido y tipo de fluido. OpenFOAM puede simular flujos de viscosidad constante (newtonianos) y flujos de viscosidad variable (no newtonainos) con diversos modelos como:

  • Bird-Carreau
  • Cross Power Law (Ley Exponencial Cruzada)
  • Power Law (Ley exponencial)
  • Herschel-Bulkley
  • Casson

Mayor información sobre los modelos reológicos implementados en OpenFOAM pueden ser encontrados en este enlace.

 

Caso de estudio - Laguna Palcacocha

Para demostrar la capacidad de OpenFOAM para la simulación de avalanchas construimos un caso de estudio que consta de la simulación de una avalancha ocurrida desde la Laguna Palcacocha, ubicada en el Callejón de Huaylas, Ancash, Perú. 

La geometría del modelo fue procesada con QGIS y luego insertada en Salome Platform mediante códigos en Python. En Salome se especificaron los distintos "patches" o parches que identifican ingresos / salidas y condiciones de borde para luego ser procesadas en OpenFOAM for Windows. 

Espacio de trabajo en QGIS para el procesamiento de la geometría del modelo de avalancha

Espacio de trabajo en QGIS para el procesamiento de la geometría del modelo de avalancha

El modelo fue procesado por el solucionador InterFOAM para condiciones de flujo turbulento. Las dimensiones del modelo fueron de aproximadamente 7 kilómetros por 1 kilómetro de ancho y consta de 5714 nodos y 75329 tetrahedros. La simulación se realizo en una laptop Dell con procesador Corei5 en un lapso de 10 horas.

Trabajo de procesamento de geometrías y grillado en Salome Platform

Trabajo de procesamento de geometrías y grillado en Salome Platform

 

Simulaciones

A continuación se puede ver un par de animaciones de la simulación de avalancha / aluvión.

Vista aérea

Acercamiento

 

 

 

 

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Posted on July 9, 2017 and filed under Hidroinformática, Modelamiento.