Análisis CFD-DEM de la erosión interna del suelo inducida por la infiltración en tuberías enterradas defectuosas
Autores: Xu, Jun; Wang, Fei; Vaughan, Bryce
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis CFD-DEM de la erosión interna del suelo inducida por la infiltración en tuberías enterradas defectuosas
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Erosión del suelo
Infiltración de agua
Tuberías enterradas
Infraestructuras subterráneas
Formación de cavidades por erosión
Formación de hundimientos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
La erosión interna del suelo causada por la infiltración de agua alrededor de tuberías enterradas defectuosas representa una amenaza significativa para la estabilidad a largo plazo de infraestructuras subterráneas como tuberías y alcantarillas de carreteras. Este estudio emplea un marco de dinámica de fluidos computacional-método de elementos discretos (CFD-DEM) para simular el desprendimiento, transporte y redistribución de partículas de suelo bajo diferentes presiones de infiltración y geometrías de defectos en las tuberías. Utilizando ANSYS Fluent (CFD) y Rocky (DEM), la simulación resuelve tanto el campo de flujo de fluidos como la dinámica de partículas granulares, capturando la formación de cavidades de erosión, la evolución de vacíos y el transporte de partículas de suelo en tres dimensiones. Los resultados revelan que un aumento en la presión de infiltración y el tamaño del defecto en la tubería enterrada aceleran significativamente el proceso de erosión y la formación de hundimientos, lo que lleva a condiciones subterráneas potencialmente inestables. La visualización de la migración de partículas, el desarrollo de hundimientos y las distribuciones de velocidad del suelo proporciona información sobre los mecanismos que impulsan el fallo localizado. Los hallazgos destacan la importancia de considerar las interacciones entre fluidos y partículas y las características de los defectos en el diseño y mantenimiento de estructuras enterradas, ofreciendo una base predictiva para evaluar el riesgo de erosión y la vulnerabilidad de la infraestructura.
Descripción
La erosión interna del suelo causada por la infiltración de agua alrededor de tuberías enterradas defectuosas representa una amenaza significativa para la estabilidad a largo plazo de infraestructuras subterráneas como tuberías y alcantarillas de carreteras. Este estudio emplea un marco de dinámica de fluidos computacional-método de elementos discretos (CFD-DEM) para simular el desprendimiento, transporte y redistribución de partículas de suelo bajo diferentes presiones de infiltración y geometrías de defectos en las tuberías. Utilizando ANSYS Fluent (CFD) y Rocky (DEM), la simulación resuelve tanto el campo de flujo de fluidos como la dinámica de partículas granulares, capturando la formación de cavidades de erosión, la evolución de vacíos y el transporte de partículas de suelo en tres dimensiones. Los resultados revelan que un aumento en la presión de infiltración y el tamaño del defecto en la tubería enterrada aceleran significativamente el proceso de erosión y la formación de hundimientos, lo que lleva a condiciones subterráneas potencialmente inestables. La visualización de la migración de partículas, el desarrollo de hundimientos y las distribuciones de velocidad del suelo proporciona información sobre los mecanismos que impulsan el fallo localizado. Los hallazgos destacan la importancia de considerar las interacciones entre fluidos y partículas y las características de los defectos en el diseño y mantenimiento de estructuras enterradas, ofreciendo una base predictiva para evaluar el riesgo de erosión y la vulnerabilidad de la infraestructura.