Modelamiento numérico hidrodinámico para reducir la socavación local en pilares cilíndricos y rectangulares de puentes de ríos

Abstract

En la presente investigación se evaluó la eficiencia de las pilas de sacrificio en la reducción de la socavación local de pilares cilíndricos y rectangulares de puentes de ríos. Para ello, se realizaron modelaciones numéricas hidrodinámicas, en el software Iber, y se aplicaron las ecuaciones de la Universidad Estatal de Colorado (CSU) y de Froechlich.

En esta investigación, se emplearon los resultados del ensayo físico del pilar cilíndrico aislado de 30mm de diámetro, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vahdati et al. (2020). Asimismo, se emplearon los resultados del pilar rectangular de nariz semicircular de 30mm de ancho y 150mm de largo, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vijayasree, Eldho, Mazumder y Ahmad (2019). Estos ensayos físicos fueron calibrados para, posteriormente, adicionar las pilas de sacrificio, en diferentes configuraciones, y analizar su eficiencia en la reducción de la socavación local. Las configuraciones propuestas para las pilas son: triangular 30°, triangular 180°, en tandem y en tridem. Para el pilar cilíndrico aislado y para el pilar rectangular de nariz semicircular se obtuvieron porcentajes de reducción de la socavación local de hasta 45.32% y 60.75%, respectivamente. De acuerdo a los resultados, las configuraciones en tridem y triangulares de 180° fueron las más eficientes. Además, se realizó un análisis dimensional para conocer la influencia de las variables que intervienen en el fenómeno de socavación local. A partir de los resultados, se observó que el número de Froude (Fr) es el numero adimensional más influyente.

In this research, the efficiency of sacrificial piles in reducing local scour of cylindrical and rectangular piers of river bridges was evaluated through hydrodynamic numerical modeling (in the Iber software) and the application of the equations of Froechlich and Colorado State University (CSU).

The results of the physical test of the 30 mm diameter single cylindrical pier, tested by Vahdati et al. (2020), and the results of the physical test of the rectangular pier with semi-circular nose of 30 mm wide and 150 mm long, tested by Vijayasree, Eldho, Mazumder and Ahmad (2019), were used. These physical tests were calibrated to add the sacrificial piles in different configurations and analyze their efficiency in reducing local scour. The proposed configurations for the piles were: triangular 30°, triangular 180°, tandem and tridem. The maximum percentages of reduction of local scour obtained were 45.32% and 60.75% for the single cylindrical pier and the rectangular semi-circular nose pier, respectively. According to the results, tridem and triangular 180° configurations were the most efficient. Likewise, a dimensional analysis was carried out to determine the influence of the variables involved in the phenomenon of local scour. From the results, the Froude number (Fr) was the most influential dimensionless number.