Erosión local cíclica de un lecho granular debida a la acción hidrodinámica de un jet confinado

GARCÍA CIANI, FRANCISCO; PIVA, MARCELO FABIÁN; AGUIRRE, MARÍA ALEJANDRA; PATERSON, AGNES; MARTINO, ROMÁN GUSTAVO

Villa de Merlo

Encuentro; 100a Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2015

Asociación Física Argentina

Se presentan mediciones de la evolución temporal de un proceso de erosión local cíclica de un lecho granular, inducido por la competencia entre la acción hidrodinámica de un jet horizontal, en condiciones de elevado confinamiento,y la fuerza de gravedad. Las mediciones se realizaron en un canal angosto y horizontal, de 150 cm de largo y 2 cm de ancho, de paredes transparentes. Para generar el jet, se utiliza una compuerta vertical interpuesta al flujo, con una pequeña apertura en la parte inferior sobre una pared sólida denominada losa de aproximación del jet. Las mediciones se realizaron para varias combinaciones del caudal de agua impuesto, apertura del jet y altura del flujo aguas debajo de la compuerta vertical, a lo largo de 10 horas en promedio. La deformación progresiva del lecho por la acción del jet se registra fotográficamente, y un software, específicamente diseñaado, permite extraer las coordenadas del perfil de erosión en función del tiempo. Los resultados obtenidos muestran que el proceso erosivo consta de dos escalas temporales bien diferenciadas: la primera, de corta duraci´on, a lo largo de la cual se observa un crecimiento rápido de un cuenco de erosión y un montículo aguas abajo del mismo, debido a la remoción deuna gran cantidad de sedimento en un corto intervalo de tiempo. A esta fase inestacionaria le sigue una etapa de larga duración, donde el proceso se asienta a un estado cuasi-asintótico, caracterizado por la extracción casi nula de material granular desde el pozo. Es en esta etapa asintótica donde se observó la presencia de una dinámica cíclica en el proceso erosivo, la cual se desencadena cuando el ángulo de la pared del cuenco donde impacta el jet alcanza un valor crítico a partir de la cuya se desencadena una avalancha interna, ocasionando el rellenado del pozo. Las mediciones muestran que estos ciclos de excavado y rellenado poseen amplitudes y frecuencias bien definidas. Los resultados preliminares muestran que, para las configuraciones estudiadas, estos valores dependen fuertemente de la velocidad media del jet incidente, y débilmente de la altura de la columna de agua en la cual el jet está inmerso. Se observó que este proceso de excavado y rellenado cíclico se correlaciona con un cambio en la orientación del jet, debido a la modificación súbita del contorno granular luego de la avalancha de rellenado del pozo.