Estudo experimental do efeito de ranhuras na erosão localizada na vizinhança de pilares de pontes circulares e alongados

Abstract

Uma das causas associada ao colapso de pontes é o fenómeno de erosão localizada na vizinhança de pilares de pontes. É importante prever a profundidade máxima da cavidade de erosão localizada em redor dos pilares, pois a estrutura pode entrar em colapso e originar acidentes, pondo em risco vidas humanas. A presente dissertação descreve um estudo experimental da erosão localizada na proximidade de pilares de pontes. Para analisar este fenómeno, foram utilizados quatro pilares com 20 mm de dimensão transversal, sendo dois circulares e dois alongados. Um dos pilares circulares e um dos pilares alongados apresentavam uma ranhura (“slot”), correspondente a uma medida de alteração do escoamento. Os outros pilares, circular e alongado, eram simples. Foi utlizada uma areia com diâmetro médio de 0,332 mm, uma altura de água do escoamento igual a 5 cm e um caudal de 12,9 . Estudou-se a evolução temporal da profundidade máxima da cavidade de erosão. Observou-se que a profundidade máxima da cavidade de erosão evolui mais rapidamente na fase inicial do processo erosivo. Comparando os pilares com ranhura com os pilares simples, a profundidade da cavidade de erosão foi maior nos simples. Comparando as geometrias dos pilares, no pilar alongado observou-se que a profundidade da cavidade de erosão localizada foi menor. Foram retirados moldes da cavidade de erosão localizada de todos os ensaios realizados de forma a estudar o relevo da cavidade de erosão.

One of the causes associated with the collapse of bridges is the phenomenon of scour around bridges piers. It is important to predict the maximum scour depth around the piers, because the structure may collapse, originating accidents that may put human lives at risk. The present dissertation describes an experimental study of scour around bridges piers. In order to analyse this phenomenon, four piers with 20 mm of transversal dimension each were used, two of them were and the other two oblong. One circular pier and one oblong pier featured a hole (“slot”) corresponding to a flow-altering countermeasure. The others circular and oblong pier were simple. Sand with a mean diameter of 0,332 mm was used, in a free surface flow with a water depth equal to 5 cm and a flow rate equal to 12,9 m3h-1. The temporal evolution of the maximum scour depth was studied. It was observed that the maximum scour depth develops more quickly in the initial phase of the erosive process. Comparing piers with flow-altering countermeasures with simple piers, the scour hole maximum depth was higher in case of the simple piers. Comparing the piers geometries, it was observed that the scour hole maximum depth was smaller in case of oblong piers. Paraffin and vaseline casts were used to study the scour hole topography for all the experiments that were carried out.