CAN WE ACCURATELY USE LABORATORY-SCALE RHEOLOGICAL PARAMETERS TO MODEL FIELD-SCALE DEBRIS FLOW? / ¿Es válido utilizar con precisión parámetros reológicos obtenidos en laboratorio para modelar aludes torrenciales a escala real?

Resumen

Numerical models are often used to predict debris flow behavior at field scale. However, rheological parameters that govern fluid behavior are difficult to obtain using conventional rheometers. Generally, laboratory experiments are combined with mathematical modeling to calibrate rheological models. Then, the laboratory-calibrated numerical model is used to predict debris flow behavior at field scales. This paper shows that extrapolating results from laboratory experiments to field scales may lead to non-accurate predictions. Usually, laboratory flumes are just a few meters long, while an actual debris flow event in the field can involve scales of several kilometers. Therefore, a rheological model that provides good results in the laboratory, does not necessarily replicate a field event. In this paper, we analyzed field-scale predictions using numerical models whose rheological parameters are adjusted from laboratory experiments. Results from water flow in large scale experimental facilities were simulated by different rheological models. Rheological parameters were adjusted using a mathematical model. Results showed that adjusting specific parameters, all rheological models could be adequately calibrated when using laboratory data for different flow conditions, even though water was the fluid used in laboratory experiences. However, when models were applied to a field event, there were significant differences in their predictions. This suggests that adjusting rheological parameters by using laboratory scale experiments may not be applicable for field-scale debris flow simulations.

RESUMEN

Para predecir el comportamiento de aludes torrenciales a escala real se utilizan modelos numéricos. Sin embargo, los parámetros reológicos que permiten representar los fluidos que componen el flujo son difíciles de obtener utilizando reómetros convencionales. En general experiencias de laboratorio son combinadas con modelos matemáticos para calibrar los modelos reológicos. Luego, el modelo numérico calibrado es utilizado para predecir el comportamiento de los aludes torrenciales en campo. Sin embargo, extrapolar resultados a partir de experimentos de laboratorio a escala real puede conducir a predicciones no precisas. Normalmente, los canales de laboratorio se construyen de tamaño reducido a pocos metros de largo mientras que un alud torrencial puede desarrollarse en escala de kilómetros. En consecuencia, un modelo reológico que permite obtener buenos resultados a escala de laboratorio puede no ser suficientemente preciso a escala real. En este artículo se analizan predicciones a escala de campo utilizando modelos numéricos ajustados a partir de experiencias de laboratorio. Resultados obtenidos para flujo de agua en experiencias de laboratorio a gran escala fueron modeladas utilizando modelos reológicos distintos. Los parámetros de los modelos reológicos se ajustaron utilizando un modelo matemático. Los resultados muestran que aún cuando el fluido considerado en las experiencias de laboratorio fue el agua, todos los modelos reológicos pudieron ser adecuadamente calibrados. Sin embargo, cuando los modelos fueron aplicados a un evento a escala real, las predicciones obtenidas resultaron completamente distintas. Esto sugiere que ajustar modelos reológicos utilizando experimentos a escala de laboratorio para luego utilizarlos en predicciones de eventos a escala real podría ser una práctica muy cuestionable.Palabras clave: Alud torrencial, Leyes de resistencia, Comportamiento reológico de mezcla, Simulación numérica, Pendientes de canales.