Estudio Comparativo de Ecuaciones que Predicen la Socavación Local en Pilas de Puentes con Datos de Campo y Laboratorio Comparative Study of Equations to Predict the Bridge Piers Local Scour with Field and Laboratory Data

Resumen

En este estudio, diez ecuaciones fueron seleccionadas para el proceso de comparación usando datos de campo y laboratorio. En primer lugar, se estudió el efecto de la forma de la pila empleando datos experimentales. El estudio comparativo mostró que la ecuación de Su predice con gran precisión la socavación en pilas circulares, mientras que en pilas rectangulares y redondeadas la subestima. En el caso de pilas rectangulares, las ecuaciones de Laursen y Toch y de Ab Ghani y Nalluri predicen razonablemente bien la socavación. En pilas redondeadas, las ecuaciones de Shen et al. y de Johnson entregan resultados satisfactorios para la socavación. Se encuentra que la ecuación de Hancu, en cualquiera de los casos, no es recomendable para predecir la socavación. Luego, usando datos de campo y laboratorio, para pilas circulares, se encontró que las ecuaciones de Hancu y Melville sobreestiman en gran medida la profundidad de socavación. La ecuación de Breusers et al. muestra gran dispersión en los puntos. Esto conduce a grandes errores de predicción. Las ecuaciones de Ab Ghani y Nalluri, CSU y Jain y Fisher predicen con gran precisión las profundidades de socavación de laboratorio y campo. Las ecuaciones de Laursen y Toch y de Johnson entregan también buenos resultados, pero sobreestiman en mayor proporción la socavación en algunos flujos. Para los datos de campo analizados, la mayoría de las fórmulas sobreestiman la socavación, mientras que la ecuación de Shen et al. la subestima.

Palabras clave: Socavación local, pilas de puente, fórmulas de socavación, comparación de ecuaciones, pruebas estadísticas.

Abstract

In this study, ten formulae were selected for the comparison process using field and laboratory data. First, the effect of the pier shape was studied using laboratory data. The comparative study showed that the Su equation predicts with high precision the scour depth in circular piers, while in rectangular and round piers underestimates it. In case of rectangular piers, the Laursen and Toch and the Ab Ghani and Nalluri equations predict well reasonably the scour. In round piers, the Shen et al. and the Johnson equations provide satisfactory results for scour. It was found that the Hancu equation is not recommended to predict the scour for any cases. Then, using field and laboratory data, for circular piers, it was found that the Hancu and the Melville formulae over-predict greatly the scour depth. The Breusers et al. equation shows great dispersion in the points. This leads to high prediction errors. The Ab Ghani and Nalluri, CSU and the Jain and Fisher formulae predict with high precision the experimental and field scour depths. The Laursen and Toch and the Johnson equations give also good results, but they appeared to over-predict with greater proportion the scour in some flows. For the analyzed field data, the majority of formulae over-predict the scour, while the Shen et al. formula under-predicts it.

Keywords: Local scour, bridge piers, scour equations, comparison of equations, statistical tests.