Análisis de modelos y simulación del flujo de agua a través de roturas en presas de tierra

Arriazu Tejero, Marcos
Morales Hernández, Mario (dir.) ; Brufau García, María Pilar (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2017
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Graduado en Ingeniería Mecánica

Resumen: Las presas de tierra son estructuras hidráulicas útiles para almacenar agua en épocas en las que las precipitaciones no abundan para regular el flujo en los ríos; pero también implican un riesgo, ya que su rotura puede causar daños materiales, económicos, e incluso pérdida de vidas. El objetivo principal de este trabajo consiste en analizar y modelizar algunas de las diferentes formas, modelos y métodos en los que una presa o mota puede romperse a través de una brecha. En general, la rotura a través de una brecha puede suceder por desbordamiento de agua por encima de la estructura o cuando la presión del agua almacenada es capaz de abrirse paso a través de la estructura en forma de conducto. El flujo de agua viene gobernado por el modelo de aguas poco profundas cuya expresión matemática conforma el llamado modelo de shallow-water (SWM) que no son más que las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en la sección vertical. En este trabajo se ha usado la versión unidimensional para poder simplificar el problema. Al ser un sistema de ecuaciones hiperbólico no lineal se ha usado un método descentrado upwind de primer orden en volúmenes finitos para resolver las ecuaciones, en el que se ha incorporado un modelo de brecha como condición de contorno interna. La rotura de presas de tierra se ha modelizado a través de estructuras hidráulicas de vertedero/orificio de dimensiones variables en el tiempo. Se presentan resultados numéricos de varios casos académicos que contemplan toda la casuística posible de rotura por brecha; así como un caso experimental de sobre-vertimiento y dos casos reales de sobre-vertimiento y tubificación respectivamente. También se realizan comparaciones con medidas para validar estos resultados obteniendo conclusiones sobre la sensibilidad de cada uno de los parámetros que intervienen en la modelización de brechas.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado