¿Sabes cómo se usó Iber en el estudio de un puente?

Es común que a lo largo de las cuencas de los ríos se encuentren obras como puentes, defensas ribereñas y demás obras hidráulicas, siendo de gran importancia en el mundo y principalmente en el Perú debido al fenómeno del niño el estudio del transporte de sedimentos antes de su construcción. Es vital para evitar consecuencias que pueden ser irremediables. 

Ante esta necesidad surge Iber como un aliado perfecto para poder realizar los modelamientos o simulaciones hidráulicas y morfológicas (para lecho móvil y fijo).

¿Qué es Iber?

Iber es un software de modelación hidráulica fue desarrollado conjuntamente por el Instituto FLUMEN (Unviersitat Politécnica de Catalunya y el Centro Internacional de Métodos Numéricos de Ingeniería) y el grupo de Ingeniería del Agua y del Medio Ambiente (Universidad da Coruña), ADC y del Grupo de Ingeniería Matemática (Universidad de Santiago de Compostela), en el marco de un Convenio de Colaboración suscrito entre el CEDEX y la Dirección General del Agua; se usa en la simulación de flujos en lámina libre y procesos de transporte de sedimentos en ríos y estuarios.

Iber consta de un modelo hidrodinámico, con el cual se puede realizar simulaciones
bidimensionales, resolviendo ecuaciones de aguas someras (integración de profundidad de
las ecuaciones de Navier-Stokes, asumiendo una distribución hidrostática de presiones),
conocidas como ecuaciones de Saint-Venant, mediante el método de los volúmenes finitos
con un esquema descentrado de alta resolución tipo Roe’s Riemann. Este tipo de esquemas
permite representar cambios de régimen y frentes de onda, sin problemas de convergencia,
siempre que se cumpla la condición de estabilidad.

Este modelo incorpora varios módulos para las simulaciones de roturas de presas, modelación de estructuras internas, turbulencia, delimitación de zonas de peligrosidad de inundaciones y modelamiento de calidad de agua entre otros, lo que se resalta en esta unidad son los modelos de transporte de sedimentos por carga de suspensión y de fondo. La ecuación de Exner, mediante su sistema de ecuaciones que resuelve la hidrodinámica de flujo líquido, es usado en la modelación de transporte de sedimentos.

Aplicación de Iber para el modelamiento de transporte de sedimentos

Estudio de la erosión fluvial: Iber se usa para modelar la erosión en ríos y canales, ayudando a predecir los impactos de las intervenciones humanas o los cambios en las condiciones climáticas.

Gestión de inundaciones: En situaciones donde los flujos fluviales provocan inundaciones, Iber puede ayudar a predecir cómo se distribuye el sedimento durante una crecida y cómo puede afectar la infraestructura.

Proyectos de restauración fluvial: Al modelar el transporte de sedimentos, Iber es una herramienta valiosa para diseñar proyectos de restauración en ríos, con el fin de mitigar la erosión y promover la regeneración de hábitats acuáticos.

Evaluación de la calidad del agua: La simulación del transporte de sedimentos también es esencial para estudiar la calidad del agua, ya que la carga de sedimentos influye en la turbidez y otros parámetros importantes para la salud ambiental.

Estudio de Socavación de un puente con Iber

Realizar un Estudio de Socavación de un puente utilizando Iber implica simular el flujo de agua y el transporte de sedimentos en el área circundante al puente para evaluar cómo las corrientes pueden erosionar el lecho del río o canal, afectando las fundaciones del puente. La socavación es un proceso que puede comprometer la estabilidad estructural de un puente debido al desgaste del material del lecho debido a las fuerzas del agua.

Debemos seguir los siguientes pasos:

1. Definir el área de estudio:

-Delimitar la zona de influencia: Esto incluye el tramo del río o canal donde se encuentra el puente y los alrededores inmediatos, tanto aguas arriba como aguas abajo.

-Recopilar datos topográficos: Es importante tener una representación precisa de la topografía del lecho del río, las orillas y las estructuras cercanas. Esto incluye la geometría del puente, el perfil del cauce y la variabilidad del lecho (rocoso, arcilloso, arenoso, etc.).

2. Modelar el flujo de agua:

Configurar el modelo hidrodinámico en Iber: Para estudiar la socavación, primero se debe modelar el flujo de agua en la zona utilizando el módulo de hidrodinámica de Iber. Esto involucra la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes o aproximaciones simplificadas (como el modelo de flujo bidimensional).

Ingresar parámetros de caudales y niveles: Es necesario definir las condiciones de flujo (caudal máximo, caudales medios, fluctuaciones estacionales, etc.) y las condiciones de los niveles de agua en función del tipo de evento de inundación o corriente que se desea estudiar.

3. Definir el modelo de transporte de sedimentos:

Seleccionar el tipo de sedimentos: Iber permite modelar distintos tipos de sedimentos (como arenas, limos, gravas) con diferentes propiedades (tamaño de partícula, densidad, etc.). Deberás especificar las características de los sedimentos presentes en el área de estudio.

Elegir el modelo de transporte de sedimentos: Iber ofrece varios modelos de transporte de sedimentos (como el modelo de Exner, que considera la erosión y deposición de sedimentos). Se debe elegir el modelo más adecuado para representar cómo los sedimentos son arrastrados por el flujo y cómo afectan al lecho.

4. Simular la socavación:

Configuración de la erosión: Para el estudio de socavación, se debe activar el modelo de erosión de lecho. Esto permitirá simular cómo las partículas del lecho son removidas por las corrientes de agua, especialmente en las zonas cercanas a las fundaciones del puente.

Ajustar las condiciones de borde y las propiedades del lecho: En las proximidades del puente, es importante especificar las condiciones en las que el lecho puede ser erosionado o desplazado (por ejemplo, la resistencia al arrastre, el tipo de suelo y la rugosidad del lecho).

5. Incluir la geometría del puente y sus fundaciones:

Representación del puente: Debes incluir en el modelo la geometría del puente, como la ubicación de sus pilares y los estribos. Iber permite modelar obstáculos dentro del flujo, lo que puede influir en la velocidad del agua y, por ende, en el proceso de erosión.

Modelo de interacción entre el flujo y el puente: Considera cómo el flujo de agua se ve alterado por la estructura del puente, lo que puede concentrar las velocidades del flujo y aumentar la erosión en ciertos puntos (por ejemplo, en las bases de los pilares).

6. Simular eventos de socavación:

Simular diferentes escenarios de caudal: Puedes realizar simulaciones para diferentes niveles de caudal, desde flujos normales hasta condiciones extremas, como inundaciones o tormentas.
Evaluar el impacto a lo largo del tiempo: Iber puede simular cómo se produce la erosión a lo largo del tiempo, lo que permite evaluar la progresión de la socavación en torno a los pilares del puente durante diferentes eventos.
Análisis de resultados:

7. Validación y ajustes:

Comparar con datos observacionales: Si tienes datos de mediciones de socavación en el lugar, puedes comparar los resultados de la simulación con estos datos para validar el modelo.
Ajustar parámetros del modelo: Dependiendo de los resultados y las observaciones, puedes realizar ajustes en los parámetros del modelo, como la rugosidad del lecho o las condiciones del flujo.

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