Escoamentos pulsantes com superfície livre: caracterização e sua ação em fundo de canais - Toniati, André Luis (2018)
No contexto de Desastres "Naturais", as corridas de lama têm sido objeto de estudo devido ao seu poder erosivo e, muitas vezes, destrutivo, acarretando perdas materiais vultosas e ceifando vidas. Nestes escoamentos, quando em condições favoráveis de vazão, inclinação e reologia do fluido, podem surgir instabilidades que se propagam em forma de trem de ondas na superfície, denominadas roll waves. A literatura acerca do assunto trata, geralmente, dos critérios de geração, estabilidade, e determinação das características principais do fenômeno, como amplitude, comprimento e celeridade de onda. Nesta dissertação buscou-se estudar a tensão de cisalhamento no fundo na presença de roll waves, em duas vertentes: a primeira apresenta as roll waves em água limpa, baseando-se no trabalho clássico de Dressler (1949); a segunda, dando continuidade aos trabalhos do Grupo de Pesquisa de Reologia de Materiais Viscosos e Viscoplástcos (Grupo RMVP), focou no estudo de roll waves desenvolvendo-se em fluidos do tipo Herschel-Bulkley, em duas situações - canal de fundo impermeável e fundo com condição de permeabilidade, grande contribuição desta dissertação. Os modelos matemáticos foram desenvolvidos com base nas equações de águas rasas, cuja implementação numérica permitiu confrontar resultados experimentais e numéricos, que apresentaram boa aderência. Para o modelo com condição de permeabilidade no fundo, verificou-se a influência do fator de porosidade nas características das roll waves (amplitude, comprimento e celeridade de onda), tendo sido constatado que a amplitude de onda geralmente aumenta, enquanto seu comprimento e celeridade diminuem quando da presença deste fator. Por fim, avaliou-se a tensão de cisalhamento no fundo, cujos resultados apontam, para fundos impermeáveis, incremento em relação ao escoamento base (sem presença de roll waves) de 12% a 27%, dependendo, respectivamente, da natureza laminar/turbulenta e da dinâmica (número de Froude) do escoamento. Quando levada em conta a porosidade do leito, o incremento de tensão de cisalhamento no fundo pode atingir valores bem mais significativos (60% a 100%).