Experimental analysis of turbulence and local erosion in a squares-section bridge pier in channel with a 90 degree derivation
DOI:
https://doi.org/10.24850/j-tyca-2026-01-04Keywords:
Scour, local erosion, turbulence, sediment transport, bifurcation, bridge piers, ADVAbstract
An adequate analysis of scour, transport, and sedimentation of particles allows for the mitigation of erosion effects on structures built over a watercourse, as is the case with bridges. The present research utilized a 90-degree bifurcation channel, constructed at a laboratory scale, measuring 0.60 m in width and depth, with a main channel length of 6 m and a secondary channel length of 2.2 m. At the center of the channel bifurcation, a square-section pile measuring 0.10 m on each side and 0.90 m in height was installed. The sediment depth in the channel is 0.20 m, resting on 0.10 m of gravel. An Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) was employed to determine instantaneous velocities. The pile significantly increased the scour upstream of the structure, resulting in a maximum scour of -0.182 m. Additionally, it was observed that the instantaneous velocity in the flow direction reached maximum values of 0.30 m/s, close to the mean flow velocity (0.33 m/s), indicating how the pile altered the flow pattern, creating zones of high turbulence. Turbulent velocities, specifically near the channel bed, peaked at 0.10 m/s in . Downstream, the Reynolds stresses near the pile were maximal, ranging from 0.02 to 0.04 (m/s)2 at a height of z = 0.08 m, then decreasing to values below 0.015 (m/s)2 for z = 0.11 m, indicating that the presence of the pile generates an increase in sediment transport and contributes to intense erosional processes in its vicinity. Near the channel bed (z = 0.08 m), the Kolmogorov length scales were reduced to values between 0.1 and 0.3 mm, reflecting the presence of turbulent structures with limited size and high intensity.
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