Modelado y simulación hidráulica de box culvert utilizando factores de escalamiento y software hidráulico de uso libre

Abstract

El presente estudio analizó el comportamiento hidráulico de tres configuraciones de alcantarillas tipo box culvert (1, 2 y 3 celdas). Para evaluar su desempeño bajo diferentes volúmenes de agua y condiciones de flujo, se realizaron pruebas experimentales en laboratorio y se llevaron a cabo simulaciones hidráulicas utilizando software de uso libre como OpenFOAM y SimFlow. Se aplicaron factores de escalamiento que permitieron extrapolar los resultados obtenidos a escenarios reales, evaluando así la capacidad de estas estructuras para operar bajo distintas condiciones hidrológicas. Los resultados experimentales y numéricos fueron comparados con el fin de identificar discrepancias y analizar la precisión de las simulaciones respecto a las pruebas de laboratorio. Además, se realizaron ajustes en los modelos de simulación para mejorar la correlación entre ambos métodos. Se concluyó que las simulaciones con software de uso libre fueron viables para replicar con precisión el comportamiento de las alcantarillas tipo box culvert, siempre que se aplicaran adecuadamente los factores de escalamiento y se validaran los resultados con pruebas físicas. Asimismo, se destacó la importancia de seguir una metodología robusta para asegurar que las simulaciones y experimentos puedan ser extrapolados a condiciones reales, contribuyendo así al diseño más eficiente, seguro y económico de estas estructuras en proyectos de drenaje y control de flujos.

The present study analyzed the hydraulic behavior of three configurations of box culvert struc tures (1, 2, and 3 cells). To evaluate their performance under different water volumes and flow conditions, experimental tests were conducted in the laboratory, and hydraulic simulations were carried out using open-source software such as OpenFOAM and SimFlow. Scaling factors were applied to extrapolate the obtained results to real-world scenarios, thus assessing the capacity of these structures to operate under various hydrological conditions. Experimental and numerical results were compared to identify discrepancies and analyze the accuracy of the simulations with respect to the laboratory tests. Additionally, adjustments were made to the simulation models to improve the correlation between both methods. It was concluded that simulations using open-source software were feasible for accurately replicating the behavior of box culvert structures, provided that scaling factors were properly applied and results were va lidated with physical tests. Furthermore, the importance of following a robust methodology was highlighted to ensure that simulations and experiments could be extrapolated to real conditions, thus contributing to a more efficient, safe, and cost-effective design of these structures in drainage and flow control projects.