Análisis experimental de la socavación en grupos de pilas de puente sobre cauces aluviales

Abstract

[ES] La erosión local producida por las avenidas fluviales en el entorno de estructuras insertas en cauces es una de las principales causas del fallo o colapso de las mismas.

El fenómeno erosivo de la socavación en grupos de pilas de puente ha sido muy poco investigado, pese a que existen numerosos casos de puentes reales que presentan esta configuración estructural para transmitir las cargas al terreno.

En el presente Trabajo Fin de Máster se desarrolla, tras un análisis dimensional previo que permite determinar las variables influyentes en el problema objeto de estudio, un análisis experimental en base a los datos obtenidos en una campaña de ensayos de laboratorio. Estos ensayos se han realizado en un canal sedimentológico de lecho móvil sobre el que se ha reproducido el fenómeno objeto de estudio.

A partir de los resultados obtenidos, se analizan las tendencias y el comportamiento de las profundidades de socavación en diferentes posiciones de pila en función de los distintos factores analizados: condiciones del flujo de aproximación (velocidad y calado aguas arriba), características del material del lecho (diámetro medio), diámetro de pila, número de pilas que compone el grupo y separación entre las mismas.

Una de las principales conclusiones que se deriva de este estudio es que la pila frontal presenta siempre mayor profundidad de socavación final que el resto de pilas de su grupo, debido al efecto protector que la primera pila ejerce sobre el resto de pilas de aguas abajo. Además, en los grupos de pilas, la profundidad de socavación final en la pila frontal es siempre mayor que la obtenida en el caso de pila única.

[EN] Local scour caused by floods in the vicinity of structures that are located in river basins is one of the main causes of bridge failure.

Local scour around groups of bridge piers has not been widely investigated, although there are a great number of cases in which bridges actually have this structural configuration to transfer loads to the soil.

In this minor thesis, a dimensional analysis is carried out, aiming to determine which variables influence in the studied problem. Then, an experimental analysis is developed based on the results of laboratory experiments. These experiments have been conducted in a sand bed open channel, in which the studied phenomenon has been reproduced.

The results obtained are used to analyse the tendencies and patterns of scour depths according to different positions of the pier, depending on the different factors analysed: approaching flow conditions (upstream velocity and depth), bed material characteristics (mean diameter), pier diameter, number of piers and distance between them.

One the main conclusions that arises from the present study is that the first pier in the group always presents greater scour depth than the rest of the piers, due to the protective effect that this first pier has over the rest of the downstream piers. Furthermore, in pier groups, final scour depth in the first pier is always greater that the one obtained in the case of a single pier.