Simulación Dinámica de Deslizamientos de Taludes con OpenFOAM - Tutorial

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Los aludes o deslizamientos de tierra provenientes de taludes son fenónemos naturales perjudiciales para personas, viviendas, carreteras y demás infraestructura. Si bien podemos analizar las zonas de mayor vulnerabilidad a los deslizamientos, evaluar las condiciones que incrementan el riesgo de deslizamientos, e incluso se pueden monitorear los deslizamientos diferenciales en los taludes, poco se ha podido hacer para evaluar el comportamiento dinámico del flujo de lodo del deslizamiento. 

Este tutorial muestra el procedimiento completo para la simulación de un deslizamiento de un talud producto de un condición inicial de falla. El tutorial fue realizado con el solucionador interFOAM con el modelo de viscosidad variable de Bird-Carreau, la simulación de falla del talud solo dura 6 segundos y los resultados fueron registrados cada 0.1 segundos. La geometría final y desarrollo del deslizamiento fueron analizados en paraView con condiciones predifinidas de visualización.

 

El caracter no Newtoniano de los deslizamientos

Este fluido es de caracter no newtoniano ya que la viscosidad (o resistencia a la deformación) no es constante y depende de la tasa de deformación; a baja tasa de deformación, el material es más viscoso y tiende a permanecer quieto mientras que a mayor tasa de deformación el material es menos viscoso y tiende a fluir con mayor facilidad. Para representar este comportamiento se requieren programas de Dinámica de Fluidos Computacionales como OpenFOAM con modelo de flujo reológicos adecuados. OpenFOAM es de código libre y tiene 7 opciones para la representación de una serie de condiciones de flujo no Newtoniano, todos ellos relacionan la viscosidad a la tasa de deformación y se implementan en el diccionario de transportProperties del sistema de archivos de OpenFOAM.

De nuestra investigación, los modelos de Bird-Carreau y de Herschel-Bulkley son los más adecuados para representar fluidos que fluyen mejor a altas velocidades y que se detienen al bajar su velocidad, tal como es el caso de un deslizamiento de talud. Mostramos este video para poder comprender su comportamiento.

 

Datos de ingreso

Para la realización de estos modelos se requiere los siguientes datos:

  • Levantamiento topográfico del talud
  • Geometría de la zona de falla
  • Densidad del terreno

También es recomendable el levantamiento o registro fotográfico / video de deslizamientos similares para la calibración de los parámetros de Bird Carreau.

 

Aplicaciones de este modelamiento

Modelos de simulación dinámica de deslizamientos pueden ser utilizados en:

  • Planes de contingencia ante desastres
  • Factibilidad de medidas de contención
  • Estudios de vulnerabilidad geotécnica

 

Animación

A continuación una animación del proceso de falla de la parte central del talud.

 

Tutorial

Primera parte

Primera parte del tutorial explicando el sistema de archivo del ejemplo de OpenFOAM y los archivos que describen las condiciones iniciales, geometría del modelo, parámetros de Bird Carreau para flujo no newtoniano y demás. También se especifica como se implementa de nuevo un modelo ya simulado.

Segunda parte

Ya se cuenta con la simulación completa. Se explica el uso de "States" en ParaView para la visualización personalizada de archivos 

 

Datos de ingreso

Usted puede descargar los datos de ingreso para este tutorial de este enlace.

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Posted on June 28, 2018 and filed under Tutorial.