Efecto del uso de barreras flexibles en el comportamiento de un flujo de detritos aplicado a la cuenca alta de la quebrada Taruca, municipio de Mocoa, utilizando DEM

Abstract

En este estudio, se presenta un análisis de lo que habría sido el empleo de barreras flexibles en el comportamiento del flujo de detritos que tuvo lugar en el año 2017 en la parte alta de la cuenca Taruca, específicamente en Mocoa. Para llevar a cabo esta investigación, se desarrolló un código utilizando el programa "YADE". Este código representa la caída de material granular a lo largo de una distancia predeterminada de 2.5 km en la cuenca, con el objetivo de calcular la interacción entre las partículas y las barreras, teniendo el volumen de material involucrado. La formulación del código se basó en el Método de Elementos Discretos (DEM), un enfoque numérico que posibilita el estudio del comportamiento entre partículas mediante la evaluación de las interacciones individuales entre ellas. Este método proporciona una representación detallada de la dinámica de partículas, permitiendo así una comprensión más profunda del impacto de las barreras flexibles en el flujo de detritos en la cuenca de interés. El código está diseñado específicamente para la simulación numérica del movimiento ocurrido en las coordenadas correspondientes a la parte alta de la cuenca de Mocoa, particularmente en la Quebrada Taruca. Como resultado, se obtienen datos cruciales, tales como las fuerzas de impacto con las que las partículas alcanzan las barreras, así como la energía y el desplazamiento de dichas partículas. Utilizando esta información, se realiza la variación de la posición de las barreras, generando así cuatro casos de estudio iniciales. Estos casos se comparan con el flujo sin barreras con el objetivo de determinar la posición óptima de las barreras. Posteriormente, se exploran variaciones en las alturas de las barreras para evaluar el impacto que estas modificaciones tienen en el comportamiento del flujo. Este enfoque sistemático permite identificar la configuración más efectiva de las barreras para mitigar el impacto del flujo de detritos en la cuenca. Los resultados mostraron que la implementación de estructuras transversales en la trayectoria de los flujos de detritos reduce la energía cinética del movimiento de partículas en hasta un 85%. Este porcentaje es crucial para considerar en la mitigación del impacto en las áreas que necesitan protección. (Texto tomado de la fuente).

In this study, an analysis is presented on the impact of employing flexible barriers on the behavior of debris flow that occurred in 2017 in the upper part of the Taruca basin, specifically in Mocoa. To conduct this research, a code was developed using the "YADE" program. This code simulates the fall of granular material over a predetermined distance of 2.5 km in the basin, aiming to calculate the interaction between particles and barriers, considering the volume of material involved. The code formulation is based on the Discrete Element Method (DEM), a numerical approach that enables the study of particle behavior by evaluating individual interactions between them. This method provides a detailed representation of particle dynamics, allowing for a deeper understanding of the impact of flexible barriers on debris flow in the targeted basin. The code is specifically designed with coordinates corresponding to the upper part of the Mocoa basin, particularly in the Taruca Creek. As a result, crucial data such as impact forces (pressures) with which particles reach the barriers, as well as the energy and displacement of these particles, are obtained. Using this information, variations in the position of the barriers are implemented, generating four initial case studies. These cases are compared with the flow without barriers to determine the optimal position of the barriers. Subsequently, variations in the heights of the barriers are explored to assess the impact of these modifications on flow behavior. This systematic approach allows for the identification of the most effective barrier configuration to mitigate the impact of debris flow in the basin. The results showed that implementing cross structures in the path of debris flows reduces the kinetic energy of particle movement by up to 85%. This percentage is crucial for consideration in mitigating the impact on areas that need protection.