Geometry of developing and equilibrium scour holes at bridge piers in gravel

Experimental results on scour at circular and square cylinders in uniform gravel under the clear-water scour condition are presented. Nonintrusive, high-resolution topographic measurements of developing and equilibrium scour holes were performed during running experiments with an experimental installation using a laser distance sensor (LDS) and precision step motors. Measurements were taken by the LDS in different azimuthal half-planes with θ = 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 135°, 150°, 165°, and 180° to study the spatio-temporal variation of geometric properties of scour holes. Experiments were conducted over 40 h until equilibrium, with bed shear stress equal to 95% of the critical bed shear stress for the initiation of sediment motion at the undisturbed plane gravel bed having a [d.sub.50] of 3.25 mm. Results show that scour in gravel progresses more slowly around the square cylinder, where steeper slopes than at the circular cylinder are Observed. During experiments the scour slopes do not exceed the observed repose angle of the sediment particles. Maximum scour depth in different azimuthal half-planes and scoured volume are well correlated with the maximum scour depth at azimuthal half-plane with θ = 0°. Key words: scour, bridges, piers, sediment transport, loose sediment hydraulics. Cet article presente les resultats experimentaux sur raffouillement autour de cylindres circulaires et carres dans un lit de gravier uniforme sous des conditions d'affouillement en eau claire. Des mesures topographiques non intrusives et a haute resolution des trous d'affouillement, en developpement et a I'equilibre, ont ete prises lors d'essais utilisant un capteur de distance au laser (LDS) et des moteurs pas-a-pas de precision. Les mesures ont ete prises par le LDS sur differents demi-plans azimutaux dont θ = 0[grados], 15[grados], 30[grados], 45[grados], 60[grados], 75[grados], 90[grados], 105[grados], 135[grados]. 150[grados], 165[grados] et 180[grados] afin d'etudier la variation spatiotemporelle des proprietes geometriques des trous d'affouillement. Des essais ont ete realises pendant 40 heures jusqu'a I'equilibre, avec une contrainte de cisaillement du lit de 95 % de la contrainte de cisaillement du lit critique pour I'initiation du mouvement des sediments dans le lit de gravier non perturbe ayant un [d.sub.50] de 3,25 mm. Les resultats montrent que I'raffouillement dans le gravier progresse plus lentement autour des cylindres carres, oil des pentes plus raides qu'autour des cylindres circulaires ont ete observees. Durant les essais, les penles d'affouillement n'excedaient pas I'angle de repos observe des particules de sediment. La profondeur maximale d'affouillement dans differents demi-plans azimutaux et le volume affouille concordent bien avec la profondeur maximale d'affouillement a un demi-plan azimutal de θ = 0. Mots-cles : affouillement, ponts, piliers, transport de sediments, hydraulique de sediments meubles. [Traduit par la Redaction]
Introduction Scour at cylinders has been extensively studied in the past. Nevertheless, most of the past studies focused on scour in alluvial sand beds. Work on estimation of maximum scour [...]