Socavación alrededor de pilares cilíndricos en lechos no cohesivos

Abstract

El presente trabajo de tesis es el resultado del estudio teórico - experimental del fenómeno de socavación alrededor de pilares cilíndricos en lechos no cohesivos, en el cual, se trató de ampliar el rango de experimentación del número de Froude del flujo, que usualmente estuvieron limitados a flujos subcríticos (lnglis, Laursen y Toch, Jaroslavtziev, Larras, Carstens, CSU, entre otros). La investigación teórica involucró un análisis cualitativo del mecanismo de erosión alrededor de un pilar cilíndrico aislado, el que fue contrastado con observaciones de laboratorio, así como, un intento de cuantificar de forma indirecta la profundidad de socavación local, estimándose matemáticamente la fuerza del vórtice herradura. Se podría correlacionar esta fuerza con la profundidad de socavación local, ya que este vórtice es el responsable de la máxima socavación local en el pilar. Dicha correlación no fue posible, ya que se requerían ensayos e instrumentación adicionales para estimar las constantes de la ecuación de correlación. La parte experimental se realizó en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Hidráulica entre Abril y Julio de 1999 utilizando un equipamiento especialmente diseñado y construido para la investigación. Los Números de Froude ensayados estuvieron comprendidos entre 0.31 y 1.98, que caracterizan el flujo de una apreciable cantidad de ríos del Perú, como en la Costa, los ríos Piura, Tumbes, Chira y Santa, en la Sierra, los ríos Chacco y Pampas en Ayacucho, Cañuma y Cabanillas en Juliaca, y en la Selva, los ríos Amazonas, Apurímac y Sampuntuari (La convención -Cusco). Sobre la base de la formulación teórica y los resultados experimentales se conjugaron los puntos más importantes contemplados en el trabajo, tales como, las observaciones del fenómeno de socavación, el estudio del flujo bidimensional alrededor de un cilindro, el mecanismo de erosión alrededor de pilares cilíndricos, una aproximación a la determinación teórica de la socavación en pilares cilíndricos, la verificación y comparación de las fórmulas más usuales de socavación con los datos obtenidos en laboratorio, así como el análisis de la influencia en la socavación de los diversos parámetros pi establecidos por medio del análisis dimensional del fenómeno, recurriendo al Teorema de Buckingham. Como resultado del trabajo experimental, se propone una fórmula adimensional para la predicción de la socavación total máxima alrededor de pilares cilíndricos en lechos no cohesivos, aplicables en cursos de agua caracterizados por números de Fronde hasta de 1.98. La misma que tiene un coeficiente de correlación de 0.94 con los datos experimentales.