4. Configurações de fundo 4.1. Introdução

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Hidráulica Fluvial IV Configurações de fundo 4. Configurações de fundo 4.1. Introdução ¾ Em leitos naturais: forças de pressão e de arrastamento do fluido sobre o fundo transporte sólido por arrastamento (Cap. 6) alteração da forma do fundo configurações de fundo ¾ É comum distinguirem-se 4 principais configurações: Rugas ; Ocorrem em regime lento (Fr<1) Dunas ; Leito plano superior Antidunas . (só para regime crítico ou rápido, Fr1) Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV1 Francisco Sancho
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Sistemas Fluviais e Marítimos4. Configurações de fundo
fluido sobre o fundo


− Rugas;
− Dunas;
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Rugas
profundidade e velocidade do escoamento, das
propriedades do fluido e do material aluvionar. Em termos
adimensionais: Π , ( )FrZXfA ,,=
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
X = No. de Reynolds das partículas definido com a
velocidade de atrito junto ao fundo, ν DuX ∗=
Z = Submersão relativa DhZ =
Sequência de formas, em função da velocidade e tensão
de arrastamento (acima dos valores críticos para o início
do movimento):
(leito plano inferior);
ocorre em areias com D≤0.6 mm);
− ↑ velocidade ⇒ rugas sobre dunas;
areias com D≥0.6 mm);
− ↑ velocidade ⇒ desaparecimento das configurações
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−3 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
(superior). Qualquer deformação introduzida no leito é
“esbatida”, voltando o fundo à forma plana.
− ↑ velocidade (entrada no regime crítico e rápido) ⇒ a
superfície líquida do escoamento é instável e
perturbações superficiais originam ondas superficiais,
que por sua vez, originam ondas de sedimentos em
fase com as superficiais ⇔ antidunas.
Têm movimento aparente para montante.
Regime lento; dunas
Regime rápido; antidunas
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
− As antidunas crescem até atingirem um equilíbrio ou
até provocarem a rebentação das ondas de superfície
⇒ maior agitação ⇒ destruição das antidunas ⇒ novo
crescimento, etc.
− Regime inferior: leito plano inferior, rugas e dunas;
− Regime de transição: dunas em fase de desapare-
cimento e outras configurações de fundo instáveis;
− Regime superior: leito plano superior e antidunas.
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−5 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.2. Caracterização sumária das
diferentes e possuem características geométricas
diferentes, embora ambas tenham perfis semelhantes.
Deslocam-se para jusante com uma velocidade muito
menor que a do escoamento, sendo o material
“levantado” do talude de montante e depositado a
jusante.
estagnação no talude de montante.
O ângulo θ é superior ao ângulo em repouso, θr
Escoamento sobre um fundo com dunas (adaptado de Cardoso, 1998)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−6 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Rugas:
L≈h. Ângulo do talude de jusante: 40°<θ<52°
− A rugosidade total é ≈ rugosidade de forma >>
rugosidade de grão. 30<Ks<50 m1/3s-1 (coef. de
Strickler). Formas regulares.
instabilidade da superfície do fundo. O transporte sólido
é essencialmente por arrastamento.
− Superfície livre aproximadamente plana.
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−7 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Dunas:
L≈5-7. Ângulo do talude de jusante: 40°<θ<48°
− 30<Ks<50 m1/3s-1. Mais irregulares que as rugas.
− Transporte sólido por arrastamento e por suspensão,
com concentrações de sedimentos que variam entre
100 e 1200 ppm.
escoamento desde o ponto de estagnação até à crista;
desaceleração para jusante.
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.2.2. Leito plano superior ou de transição
A transição do regime de dunas para o regime de leito
plano é caracterizada por instabilidades do fundo e do
escoamento.
sedimentos que variam entre 1500 e 3000 ppm.
A resistência ao escoamento reduz-se à rugosidade de
grão sendo ligeiramente inferior à que ocorre na
ausência de transporte sólido; 65<Ks<95 m1/3s-1
4.2.3. Antidunas
Forma sinusoidal: 60≤≤150 cm, 3≤L≤12 m.
Instáveis: formação (antidunas crescentes),
(antidunas decrescentes).
estacionárias.
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Intensa mobilidade do material de fundo.
Estão em fase com as ondas de superfície.
Pode ocorrer aceleração ou desaceleração do
escoamento sobre a crista, conforme a altura do
escoamento aumente ou diminua em relação àquela
sobre as cavas.
não, de rebentação das ondas de superfície. Na sua
ausência, toma valores semelhantes aos verificados no
“leito plano superior”. A existência de rebentação ⇒ ↑
da resistência. Consequentemente: 30<Ks<65 m1/3s-1
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−10 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.2.4. Outras considerações
escoamento depende da forma do fundo:
(Adaptado de Veiga da Cunha, 1974)
(Adaptado de Cardoso, 1998)
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Formas de fundo e erosão localizada junto a um esporão (in Principles of River Engineering, 1979)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−12 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.3. Critérios de previsão de configurações
de fundo e de regimes de escoamento
Em leitos naturais a curva de vazão depende do
coeficiente de rugosidade (ex.: Q ), e o
coeficiente de rugosidade (Ks) depende por sua vez das
características do escoamento!
formas de fundo, sendo os mais consistentes os que são
função dos parâmetros:
velocidade de atrito junto ao fundo, ν DuX ∗=
Z = Submersão relativa DhZ =
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−13 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
Dos trabalhos de Cardoso (1985) e Neves (1992),
destacam-se os critérios que conduziram aos melhores
resultados:
Critério de Larras (adaptado de Alves, 1997)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−14 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.3.2. Critério de Athaullah e Simons
Existência de 2 critérios para o tipo de regime,
dependendo da submersão relativa (Z) e Fr.
1º critério de Athaullah e Simons (adaptado de Cardoso, 1998)
4.3.3. Critério de Cooper et al.
(Adaptado de Cardoso, 1998)
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.3.4. Critério de Vanoni
adequado, recorrendo a um número de parâmetros mais
pertinentes:
Na prática, o estudo de Cardoso (1985) com base em
dados do “World Flume Data Compendium” indicou que o
critério de Vanoni teve pior desempenho que os
anteriores.
− O 1º critério de Athaullah e Simons distingue os
regimes de escoamento com uma garantia de 80%;
− O 1º critério de Cooper et al. distingue as configurações
de fundo com uma garantia de 70%;
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 IV−16 Francisco Sancho
Hidráulica Fluvial IV − Configurações de fundo
4.3.5. Critério de Van Rijn
Critério mais recente, baseado em:
− Parâmetro de transporte: ( ) ( )
u∗c = velocidade crítica de atrito;
s = densidade do material sólido.
(Adaptado de Alves, 1997)