Interacción entre el flujo turbulento y los procesos de erosión junto a estribos de puentes protegidos. Estudio experimental

Abstract

This work aims to experimentally study the temporal evolution of the interaction between turbulent flow and scour processes around a bridge abutment, which has a flexible bed protection. A series of laboratory experiments was performed in a rectangular channel where a prismatic abutment is located, protecting the nearby channel bed with a blanket consisting of blocks attached to geotextile. Two experimental methodologies were used: a) continuous characterization of the evolution of the bed and turbulent flow in defined locations around the bridge abutment and, b) detailed measurement of 3D flow field for four different channel bed configurations, corresponding to different times of the evolution of the scour process. In addition, the interaction between turbulent flow and scour processes around an unprotected bridge abutment is studied in order to contrast the results for the same hydraulic conditions. Flow velocity measurements were performed using two velocimetry techniques: Large-scale particle tracking velocimetry (LSPTV) an acoustic Doppler velocimeter (ADV). The experimental work presented here made it possible to have a detailed data set of flow velocities and scour depths, available for validation of numerical models. The temporal evolution of two-dimensional and three-dimensional flow fields have been analyzed according the erosion develops. Mean flow patterns associated with the morphology of the resulting channel bed were identified. In addition, it was verified the interaction between the behavior of turbulence parameters (energy associated with flow velocity fluctuations and Reynolds stresses) and the development of scour around a protected bridge abutment.

En este trabajo se estudia el inicio y la evolución temporal de los procesos de erosión e hidrodinámicos que ocurren junto a un estribo de puente protegido, con el fin de evaluar su interacción y contrastarla con la situación de estribo sin protección. Para ello se realizaron experiencias de laboratorio en un canal de sección rectangular, en donde se representó un estribo prismático, protegido con mantas constituidas por bloques de concreto adheridos a geotextil. Se utilizaron dos metodologías experimentales: a) caracterización continua de la evolución del lecho y del flujo turbulento en localizaciones definidas en torno al estribo y, b) medición detallada del campo 3D del flujo correspondientes a cuatro configuraciones del lecho asociadas con diferentes tiempos de evolución del proceso erosivo. Se ensayó también, para las mismas condiciones hidráulicas, el estribo sin protección alguna. Las velocidades se midieron mediante dos técnicas experimentales: velocimetría por seguimiento de partículas a gran escala (LSPTV) y velocimetría acústica Doppler (ADV). Se generó un conjunto de datos completo de velocidades del flujo y profundidades de erosión, disponibles para la validación de modelos numéricos. Se analizaron las evoluciones de los campos bi y tridimensionales del flujo acorde se desarrolla el proceso de erosión. Se identificaron patrones de flujo medio asociados con la morfología del lecho resultante y se verificó la interacción existente entre el comportamiento de los parámetros de la turbulencia (energía asociada a las fluctuaciones de velocidad y Tensiones de Reynolds) y el desarrollo de la erosión junto al estribo protegido.