Sobre un Modelo de Continuo para el Flujo de Avalancha y Sus Variantes Simplificadas
Autores: Grigorian, Samvel S.; Ostroumov, Alexander V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Sobre un Modelo de Continuo para el Flujo de Avalancha y Sus Variantes Simplificadas
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Modelos matemáticos
Avalancha de nieve
Ecuaciones de balance
Función de captura
Teoría de choques
Ley de fricción de Voellmy
Forma de la avalancha
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Se formulan y comparan modelos matemáticos de diferentes grados de complejidad que describen el movimiento de una avalancha de nieve a lo largo de un camino con una línea central dada y un ancho que varía espacialmente. El modelo más completo integra las ecuaciones de balance para la masa y el momento a través de la sección transversal y logra el cierre mediante una función de captura basada en la teoría de choques y una ley de fricción de lecho de Voellmy modificada, donde la contribución coulómbica al esfuerzo cortante del lecho está limitada por la resistencia al corte de la capa de nieve. Un modelo simplificado resulta de integrar estas ecuaciones de balance a lo largo de la longitud (dependiente del tiempo) del flujo y postular una similitud débil de la forma de la avalancha en evolución. En segmentos de camino de inclinación constante, se puede resolver para la profundidad del flujo y la velocidad del frente en forma cerrada en términos de la función de error imaginaria. Finalmente, el modelo más simple asume una altura y longitud de flujo constantes. En un plano inclinado, la evolución de la profundidad del flujo y la velocidad predicha por el modelo simplificado son cercanas a las del modelo completo sin captura y con parámetros correspondientes, pero el modelo más simple con profundidad de flujo constante predice valores de velocidad mucho más altos. Si se varía el coeficiente de fricción en el modelo completo con captura, puede haber un comportamiento no monótono debido a la interacción no lineal entre la captura y la limitación de la fricción coulómbica.
Descripción
Se formulan y comparan modelos matemáticos de diferentes grados de complejidad que describen el movimiento de una avalancha de nieve a lo largo de un camino con una línea central dada y un ancho que varía espacialmente. El modelo más completo integra las ecuaciones de balance para la masa y el momento a través de la sección transversal y logra el cierre mediante una función de captura basada en la teoría de choques y una ley de fricción de lecho de Voellmy modificada, donde la contribución coulómbica al esfuerzo cortante del lecho está limitada por la resistencia al corte de la capa de nieve. Un modelo simplificado resulta de integrar estas ecuaciones de balance a lo largo de la longitud (dependiente del tiempo) del flujo y postular una similitud débil de la forma de la avalancha en evolución. En segmentos de camino de inclinación constante, se puede resolver para la profundidad del flujo y la velocidad del frente en forma cerrada en términos de la función de error imaginaria. Finalmente, el modelo más simple asume una altura y longitud de flujo constantes. En un plano inclinado, la evolución de la profundidad del flujo y la velocidad predicha por el modelo simplificado son cercanas a las del modelo completo sin captura y con parámetros correspondientes, pero el modelo más simple con profundidad de flujo constante predice valores de velocidad mucho más altos. Si se varía el coeficiente de fricción en el modelo completo con captura, puede haber un comportamiento no monótono debido a la interacción no lineal entre la captura y la limitación de la fricción coulómbica.