Análise da evolução da geometria de fossa de erosão a jusante de vertedouro salto esqui

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Borja, João Gerdau de
• Orientador(a): Marques, Marcelo Giulian
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Vertedouro; Fossas de erosão; Ressalto hidraulico; Dissipação de energia; Jatos; Modelagem física
• Palavras-chave em Inglês: Ski jump spillway; Jet impact kinetic energy; Scour hole geometry; Confined hydraulic jump; Rock mass erodibility
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/218959

O vertedouro salto esqui, em conjunto com a fossa de erosão localizada a jusante, formam um eficiente sistema dissipador. Para que esse tipo de vertedouro seja viável, deve ser prevista uma área que comporte adequadamente a evolução da fossa. Assim, o dimensionamento da geometria da fossa deve considerar a solução que apresente menores indícios de possível comprometimento das estruturas adjacentes. Dada à evolução da fossa, medidas podem ser indicadas no sentido da operação das comportas do vertedouro ou de obras civis que contenham ou redirecionem os avanços da erosão. ⁂ Como proposta desta tese, foi analisada a evolução de fossas de erosão, contemplando aspectos hidráulicos, geométricos e geomecânicos compreendidos em um fenômeno particular, qual seja a erodibilidade para as características do escoamento que ocorre no interior de fossas de erosão a jusante de vertedouros salto esqui. Este estudo foi amparado por modelagens físicas, por semelhança de Froude, e também por métodos dispostos na bibliografia, que auxiliaram na definição dos parâmetros envolvidos. ⁂ As características do escoamento foram avaliadas em duas geometrias de fossa, padronizadas em fundo fixo (não erodível), bidimensionais, por meio das pressões dinâmicas distribuídas ao longo de seus contornos sólidos. O efeito de escala nas pressões dinâmicas, entre esses modelos físicos, nas escalas 1:50 e 1:100, foram identificados com base em condições de contorno dos números de Reynolds e Weber, o que possibilitou consolidar relações adimensionais que explicam o fenômeno no que tange às pressões dinâmicas. Contudo, foi observado que o padrão geométrico da fossa rege a macroturbulência no interior da mesma. Assim, enquanto os efeitos de escala exercem maior influência sobre as pressões dinâmicas médias de impacto do jato mergulhante sobre o fundo, os efeitos do padrão geométrico da fossa preponderam sobre o restante da distribuição de pressão dinâmica que ocorre ao longo dos contornos sólidos da fossa. ⁂ A variação do formato da fossa foi registrada através de amostras de fossa, tridimensionais, tanto de protótipo quanto de modelagem em escala 1:100, em ensaios realizados com leito coesivo. Assim, foram analisadas as características das geometrias resultantes, descrevendo-as através de parâmetros geométricos, o que possibilitou o exame de questões sobre o comprometimento da segurança no entorno da fossa, através de parâmetros como o grau de espalhamento da fossa e sobre a tendência de regressão de sua borda de montante. ⁂ De modo a incorporar maiores detalhes ao conhecimento científico sobre a geometria da fossa, um método disposto na bibliografia, para o cálculo do perfil longitudinal da fossa, foi verificado quanto ao emprego de parâmetros geomecânicos, que combinados definem a erodibilidade do maciço. No âmbito da atuação hidrodinâmica do escoamento, o perfil de fossa resultante desse método foi verificado quanto à zona de dissipação de energia necessária para comportar o desenvolvimento do jato mergulhante e da recirculação do ressalto hidráulico confinado, em uma situação de equilíbrio, ou seja, em que cessam as erosões sobre os contornos sólidos da fossa. ⁂ Os métodos verificados, bem como as relações de parâmetros propostas, fazem parte de uma técnica ampla, sistematizada na presente tese, que vem a contribuir para a adoção de índices de monitoramento da evolução de fossas de erosão.