Modelado CFD que resuelve eddies del flujo de un río en un puente a escala real con múltiples pilotes sobre una batimetría deformada de manera natural

Se realizan simulaciones numéricas para evaluar el campo de flujo tridimensional y el esfuerzo de cortante en el lecho en las cercanías de un puente de múltiples pilotes localizado en el río Po (Italia), considerando la batimetría deformada de manera natural. El uso de Simulaciones de Eddy Desprendido (DES) permite resolver explícitamente el movimiento no estacionario de los vórtices turbulentos, que son energéticamente importantes, y el método de Volumen de Fluido (VoF) se utiliza para considerar las deformaciones de la superficie libre. Las simulaciones se llevan a cabo en diferentes regímenes hidrodinámicos, incluyendo flujo de superficie libre y flujo de presión que se genera en caso de desbordamiento de la cubierta. El objetivo es investigar la aplicabilidad del enfoque DES y la técnica VoF para simular la dinámica del flujo en un tramo de río a escala real con geometría irregular y una estructura artificial en el lecho del río. Las complejas interacciones entre el flujo del río, la batimetría deformada y la estructura del puente se consideran explícitamente, con una precisión que supera con creces el nivel típico de detalle logrado a través de métodos estándar utilizados para la simulación de flujos de ríos (por ejemplo, modelos bidimensionales promediados por profundidad). En el caso de flujo de superficie libre, la batimetría deformada, típica de ríos naturales, así como el ángulo de ataque no nulo y la forma compleja de los pilotes del puente, influyen en el campo de flujo en el sitio del puente y en las distribuciones de los esfuerzos de cortante en el lecho. Este aspecto destaca algunas limitaciones que surgen cuando se consideran casos canónicos (es decir, pilotes de forma regular y ángulo de ataque de 0 sobre un lecho plano) en lugar de geometrías complejas reales. El impacto de la contracción del flujo lateral en los campos de flujo y en el potencial de erosión de sedimentos es limitado en el presente caso debido al ancho reducido de los pilotes y la gran distancia entre ellos, lo que resulta en una baja relación de bloqueo. La transición al régimen de flujo de presión aumenta la elevación de la superficie libre aguas arriba del puente e induce la formación de un flujo de orificio de alta velocidad debajo de la cubierta, con regiones de alta velocidad que se extienden río abajo. Se observan regiones de recirculación debajo y aguas abajo de la cubierta. En comparación con un caso equivalente de superficie libre con el mismo caudal y nivel, el flujo de presión induce esfuerzos de cortante en el lecho mucho más altos en el sitio del puente, lo que conlleva un aumento del potencial de erosión. En estas condiciones, la aceleración del flujo alrededor de los pilotes y la contracción del flujo lateral tienen un impacto menor en la capacidad erosiva, como se confirma en una simulación de flujo de presión realizada al eliminar los pilotes.