En la presente investigación se evaluó la eficiencia de las pilas de sacrificio en la reducción de la socavación local de pilares cilíndricos y rectangulares de puentes de ríos. Para ello, se realizaron modelaciones numéricas hidrodinámicas, en el software Iber, y se aplicaron las ecuaciones de la Universidad Estatal de Colorado (CSU) y de Froechlich. En esta investigación, se emplearon los resultados del ensayo físico del pilar cilíndrico aislado de 30mm de diámetro, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vahdati et al. (2020). Asimismo, se emplearon los resultados del pilar rectangular de nariz semicircular de 30mm de ancho y 150mm de largo, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vijayasree, Eldho, Mazumder y Ahmad (2019). Estos ensayos físicos fueron calibrados para, posteriormente, adicionar las pilas de sacrificio, en diferentes configuraciones, y analizar su eficiencia en la reducción de la socavación local. Las configuraciones propuestas para las pilas son: triangular 30°, triangular 180°, en tandem y en tridem. Para el pilar cilíndrico aislado y para el pilar rectangular de nariz semicircular se obtuvieron porcentajes de reducción de la socavación local de hasta 45.32% y 60.75%, respectivamente. De acuerdo a los resultados, las configuraciones en tridem y triangulares de 180° fueron las más eficientes. Además, se realizó un análisis dimensional para conocer la influencia de las variables que intervienen en el fenómeno de socavación local. A partir de los resultados, se observó que el número de Froude (Fr) es el numero adimensional más influyente. / In this research, the efficiency of sacrificial piles in reducing local scour of cylindrical and rectangular piers of river bridges was evaluated through hydrodynamic numerical modeling (in the Iber software) and the application of the equations of Froechlich and Colorado State University (CSU). The results of the physical test of the 30 mm diameter single cylindrical pier, tested by Vahdati et al. (2020), and the results of the physical test of the rectangular pier with semi-circular nose of 30 mm wide and 150 mm long, tested by Vijayasree, Eldho, Mazumder and Ahmad (2019), were used. These physical tests were calibrated to add the sacrificial piles in different configurations and analyze their efficiency in reducing local scour. The proposed configurations for the piles were: triangular 30°, triangular 180°, tandem and tridem. The maximum percentages of reduction of local scour obtained were 45.32% and 60.75% for the single cylindrical pier and the rectangular semi-circular nose pier, respectively. According to the results, tridem and triangular 180° configurations were the most efficient. Likewise, a dimensional analysis was carried out to determine the influence of the variables involved in the phenomenon of local scour. From the results, the Froude number (Fr) was the most influential dimensionless number. / Tesis

La Recàrrega Artificial d'aqüífers és una tècnica extremadamente poderosa per optimitzar la gestió dels recursos hídrics. De cara a eliminar actituds escèptiques respecte a la seva aplicabilitat en nombroses situacions, és essencial adquirir més coneixements sobre els conceptes quantitatius més importants. Un tema crític és el de la minimització de la colmatació en dispositius de recàrrega. Atesa la extraòrdinaria importància d'aquest problema, es va efectuar una intensa recerca bibliogràfica que permetés determinar els processos bàsics que tenen lloc en la colmatació de plantes de recàrrega. Això, juntament amb la informació de tipus tecnológic subministrada per gestors de plantes de recàrrega, ha permès proposar un model matemàtic conceptual que integra els processos principals: retenció de partícules en suspensió portades per l'aigua de recàrrega, precipitació de minerals, creixement bacterià, generació de gas y compactació. Amb l'ajuda dels codis ja existents, l'esmentat model fou posteriorment incorporat a un programa d'elements finits tridimensionals que és capaç de tractar els cinc processos citats. El programa ha estat aplicat a tres casos de laboratori i a un experiment de camp amb el fi d'establir la validesa del marc conceptual adoptat.Aquesta tesi descriu els aspectes principals del model, els seus fonaments teòrics, la implementació numèrica i l'aplicació als exemples citats. La varietat de condicions simulades i els resultats aconseguits confirmen que el programa pot reproduir de forma satisfactòria una ampli ventall de problemes de colmatació, entre les quals s'inclouen sistemes superficials (bassas) i profunds (pous), flux radial i vertical, transport reactiu multicomponent, i d'altres. Això demostra la utilitat del programa per integrar dades de naturalesa completament diferente. A pesar de les limitacions inherents a tota formulació matemàtica, la modelació integrada proporciona estimacions quantitatives del potencial colmatant. Consegüentment, pot ser considerada com a una eina bàsica per al disseny i gestió de plantes de recàrrega i, eventualment, amb un fi predictiu. / La Recarga Artificial de acuíferos es una técnica extremadamente poderosa para optimizar la gestión de los recursos hídricos. De cara a eliminar actitudes escépticas respecto a su aplicabilidad en numerosas situaciones, es esencial adquirir más conocimientos sobre los conceptos cuantitativos más importantes. Un tema crítico es el de la minimización de la colmatación en dispositivos de recarga. Dada la extraordinaria importancia de este problema, se efectuó una intensa búsqueda bibliográfica que permitiera determinar los procesos básicos que tienen lugar en la colmatación de plantas de recarga. Esto, junto con la información de tipo tecnológico suministrada por gestores de plantas de recarga, ha permitido proponer un modelo matemático conceptual que integra los procesos principales: retención de partículas en suspensión en el agua de recarga, precipitación de minerales, crecimiento bacteriano, generación de gas y compactación. Con la ayuda de códigos ya existentes, dicho modelo fue posteriormente incorporado en un programa de elementos finitos tridimensional que es capaz de tratar los cinco procesos citados. El programa ha sido aplicado a tres casos de laboratorio y a un experimento de campo con el fin de establecer la validez del marco conceptual adoptado.Esta tesis describe los aspectos principales del modelo, sus fundamentos teóricos, la implementación numérica y la aplicación a los ejemplos citados. La variedad de condiciones simuladas y los resultados logrados confirman que el programa puede reproducir de forma satisfactoria una amplia gama de problemas de colmatación, entre las que se incluyen sistemas superficiales (balsas) y profundos (pozos), flujo radial y vertical, transporte reactivo multicomponente, y otros. Esto demuestra la utilidad del programa para integrar datos de naturaleza completamente diferente. A pesar de las limitaciones inherentes a toda formulación matemática, la modelación integrada proporciona estimaciones cuantitativas del potencial colmatante. Por consiguiente, puede ser considerada como una herramienta básica de cara al diseño y gestión de plantas de recarga y, eventualmente, de cara a la predicción. / Artificial Recharge of groundwater is an extremely powerful technique to optimise the management of water resources. In order to eliminate sceptical misconceptions concerning its applicability to numerous situations, it is essential to gain insight into the fundamental quantitative concepts. A critical point is the minimisation of clogging of the recharge device. Given the extraordinary importance of this problem, an intensive bibliographic research was conducted to determine the basic processes underlying the clogging of recharge plants. This, in combination with technological information supplied by Artificial Recharge operators, allowed to propose a conceptual mathematical model that could integrate the main processes. Attachment of suspended solids carried by recharge water, mineral precipitation, bacterial growth, gas binding and compaction of the upper soil layer were found to be determinant in clogging development. Based on existing investigation codes, such model was implemented into a three-dimensional finite element code that is able to cope with the referred mechanisms. The code was applied to three laboratory cases and to one field experiment in order to assess the validity of the adopted framework.This thesis includes the main concepts of the model, its theoretical background, numerical implementation and the application to the referred cases. The variety of simulated conditions and the results achieved with the model confirm that the code can reproduce successfully a wide range of clogging problems, including surface (basins) and deep (wells) systems, vertical and radial flow, multiphase transport and other options. This demonstrates the usefulness of the code to integrate data which are completely different in nature. In spite of the limitations inherent to all mathematical formulations, integrated modelling provides quantitative estimates of the clogging potential. Consequently, can be considered as a basic tool for design and management of recharge plants, and, eventually, for predictive purposes.

Ce travail porte sur les processus hydrodynamiques en zone littorale.Deux principaux thèmes sont abordés. Le premier concerne la couchelimite oscillante provoquée par l’interaction entre les vagues et le fondà l’approche des côtes. Le second traite de l’évolution de la circulationet la vorticité induite par la bathymétrie et/ou le forçage des vagues.Un modèle de couche limite turbulente a été élaboré et utilisé pourobserver l’évolution de la couche limite oscillante sous l’effet de vaguesnon-linéaires, en s’appuyant sur une modélisation physique menéedans le canal à houle du LEGI. Les profils expérimentaux de vitesseet positions du fond fixe instantanés permettent de définir l’évolutiondes non-linéarités induites par les vagues au sein de la couche limite.Le modèle numérique couplé à une modélisation du mouvement dulit mobile est capable de reproduire l’évolution de ces non-linéarités,et explique que la diffusion verticale observée expérimentalementest principalement due au mouvement vertical du lit causé induitpar les vagues. Pour l’étude de la circulation et de la vorticité enzone côtière, un modèle numérique 2D moyenné sur la verticale detype Shallow Water est validé avec les données d’une expériencemenée dans le basin à vagues du Laboratoire Hydraulique de France(ARTELIA). La formation de courants sagittaux a été forcée parun front de vagues avec un déficit d’énergie au centre du bassin. Lemodèle numérique est validé par des mesures de surface libre, devitesse, ainsi que de circulation et vorticité. En utilisant ensuitel’équation de vorticité potentielle comme outil de diagnostic, avec unforçage monochromatique on prédit un équilibre entre la générationde vorticité et son advection par l’écoulement moyen. / This work is about the hydrodynamic processes in the nearshorezone. They are of great importance to estimate the overall dynamicsof the coastal zone. This thesis is divided into two main parts; thefirst one investigates the coastal bottom boundary layer induced bythe interaction of the waves and the bottom when approaching thecoast; the second one is about the evolution of the mean circulationand vorticity induced by an inhomogeneity in the bathymetry orthe wave forcing. A turbulent boundary layer numerical model hasbeen developed and used to simulate the evolution of the oscillatingboundary layers under non-linear waves, of a flume experiment at theLaboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) inGrenoble, France. The experimental instantaneous velocity profilesand still bed positions, allow defining the non-linear velocity distributionsinduced by the waves within the boundary layer. The numericalmodel coupled with a ad-hoc modeling of the mobile bed motionis able to reproduce the vertical distribution of the non-linearities,and also indicates that the vertical diffusion observed experimentallyis mainly caused by the mobile bed motion induced by the passingwaves. A 2D depth-averaged nonlinear shallow water numericalmodel is used to study the circulation and vorticity in the nearshorezone. This model is validated on a mobile bed experiment in thewave basin of the Laboratoire Hydraulique de France (ARTELIA).The formation of rip currents is forced by a damped wave forcing inthe middle of the wave basin. The numerical model is validated withfree surface and velocity measurements, and by the circulation andvorticity. Using the potential vorticity balance as a diagnosis tooland with a monochromatic wave forcing, an equilibrium between thevorticity generation and advection is observed in the nearshore zone. / Este trabajo trata de los procesos hidrodinámicos en la zona litoral,de grande importancia para la dinámica global del flujo costero. Dostemas principales son estudiados. El primero trata de la capa límiteoscilante provocada por la interacción entre el oleaje y el fondo alacercarse a la costa. El segundo tema trata de la evolución de lacirculación y la vorticidad inducida por la batimetría y/o el oleaje.Un modelo de capa límite turbulenta ha sido elaborado y validadopara analizar la evolución de la capa límite oscilante bajo la influenciade oleaje no-lineal, apoyándose en una modelación física, realizada enel canal de olas del LEGI. Los perfiles experimentales instantáneos develocidad y posición del fondo fijo, permiten definir la evolución delas no-linealidades inducidas por las olas dentro de la capa límite. Elmodelo numérico acoplado a una modelación del movimiento del fondomóvil es capaz de reproducir la evolución de estas no-linealidades, yexplica también que la difusión vertical observada experimentalmentees principalmente debida al movimiento vertical del fondo inducidopor el oleaje. El estudio de la circulación y de la vorticidad en zonascosteras se hace mediante un modelo numérico 2D promediado enla vertical de tipo Shallow Water que es validado con los datos deuna experiencia llevada a cabo en la piscina de olas del LaboratoireHydraulique de France (ARTELIA). La formación de corrientes ripse realiza a través de frentes de olas con un déficit de energía en elmedio de la piscina. El modelo numérico es validado con medicionesde superficie libre, de velocidades, y de circulación y vorticidad.Utilizando la ecuación de vortcidad potencial como herramienta dediagnóstico, con un oleaje monocromático se predice un equilibrioentre la generación de vorticidad y su advección por las corrientes.