Análise hidrodinâmica da onda gerada através da ruptura instantânea de uma barragem

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Espartel, Lélis
• Orientador(a): Manica, Rafael
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Ruptura de barragens; Modelos físicos; Ondas; Hidrodinâmica
• Palavras-chave em Inglês: Instantaneous dam break; Translatory wave; Hydrodynamic behavior; Physical modeling
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/200961

O rompimento de uma barragem é uma das maiores catástrofes geradas pela humanidade e esses eventos, infelizmente, são registrados desde o século XIX até os dias de hoje. Na busca por aumentar a compreensão do que acontece com a onda de translação gerada instantaneamente após a ruptura de uma barragem, a presente dissertação se propôs a avaliar esse fenômeno hidráulico e, posteriormente, comparar os resultados encontrados com soluções analíticas da literatura. A ruptura da barragem foi feita através de um modelo simplificado: em um canal retangular de acrílico, com dimensões de 6,00 x 0,49 x 0,24 metros, foi instalada uma placa de aço que reproduziu o barramento de um curso de água. Quando retirada abruptamente simula o rompimento instantâneo de uma barragem. As informações da onda de ruptura foram colhidas através de vídeos registrados por uma câmera de alta velocidade, que capta 240 quadros por segundo, e por um medidor de velocidades por ultrassom. A metodologia desenvolvida neste trabalho experimental reduziu o tempo de ruptura da barragem na simulação física. Através das imagens coletadas, os resultados mostraram que em função da razão entre os níveis iniciais de água a montante e a jusante da barragem (RN), o formato da onda pode ser: jato horizontal, sem arrebentação da onda para RN = ∞. Esse jato se desenvolveu com um formato mais alto na sua frente, chamado de cabeça da onda, que é mais espesso quanto maior for o nível a montante; jato de transição, com quebra ascendente da onda para RN < 5. Essa quebra é caracterizada por uma dissipação de energia mais lenta, ocorrendo uma elevação de nível seguida de uma desestabilização da onda; e jato cogumelo com quebra tubular para RN > 5, no qual foram identificadas quatro etapas de desenvolvimento: (i) alteamento de nível de jusante a montante, (ii) acúmulo de água, (iii) projeção para frente e (iv) quebra impactando a lâmina de água a jusante. Em uma análise mais detalhada do momento da quebra da onda, verificou-se que a altura máxima atingida pela onda tubular, no ato da quebra, equivale a 20% da distância percorrida, enquanto o ponto em que ocorre a altura máxima está situado a 80% da distância percorrida pela onda até a sua quebra. Os resultados apresentaram uma tendência em que a velocidade da onda cresce de forma proporcional ao aumento do nível de montante e inversamente proporcional ao aumento do nível de jusante, esse último, atuando como um obstáculo que retarda o desenvolvimento da onda de ruptura. Os hidrogramas da onda de ruptura identificaram que os picos de altura da onda ocorrem nas seções de 30 e 40 centímetros de distância do barramento e amortecem entre 30% e 70% do nível de água a montante. Comparando os resultados com equações analíticas, constatou-se que as ondas oriundas das equações excediam a distância percorrida pela onda experimental em uma faixa de 15% a 40%. Foi proposta uma correção na equação teórica, de modo a obter valores mais próximos dos identificados nos experimentos. Espera-se com os resultados desta pesquisa contribuir para o aumento da massa crítica acerca desse fenômeno que, particularmente no Brasil, está em evidência nos últimos anos.