Adimensionalização com relação a parâmetros usuais da hidráulica fluvial

Neste item serão apresentadas algumas relações adimensionais que correlacionam parâmetros característicos das ondas aos do escoamento. Serão apresentadas as variações desses

parâmetros em função do número de Froude (Fr1) e da posição adimensionalizada com relação ao início do ressalto hidráulico.

Concomitantemente, serão apresentadas comparações dos resultados com os trabalhos realizados por Abou-Seida (1963), Lopardo e Vernet (1978), Mok (2004) e Gomes (2018). Abou-Seida (1963), Lopardo e Vernet (1978) e Mok (2004) estudaram o comportamento da flutuação de níveis de água devido a ressaltos hidráulicos formados a jusante de uma comporta. Já Gomes (2018) realizou seus estudos para ressaltos hidráulicos formados a jusante de um vertedouro em degraus.

Para o desenvolvimento das avaliações apresentadas neste item, foram utilizados os dados referentes ao modelo parcial (escala 1:50). As avaliações serão apresentadas em duas etapas.

Na primeira etapa, as diversas funções adimensionais identificadas serão avaliadas em função do número de Froude da seção de montante do ressalto (Fr1).

Em uma segunda etapa, será avaliado o comportamento dos parâmetros adimensionais em função da distância com relação ao ressalto hidráulico.

Os critérios de dimensionamento de proteção de taludes contra a ação de ondas identificados na bibliografia indicam, majoritariamente, a utilização da altura significativa definida pela análise no domínio do tempo como parâmetro de cálculo. Abou-Seida (1963), Lopardo e Vernet (1978) e Gomes (2018) apresentam em seus trabalhos, avaliações de parâmetros adimensionais também utilizando a altura significativa (HS).

Na primeira etapa de análise, onde os parâmetros adimensionais serão avaliados em função do número de Froude (Fr1), optou-se por utilizar os valores de HS visando a melhor comparação com os dados apresentados pelos autores citados. Na segunda etapa de análise, onde os parâmetros adimensionais serão avaliados em função da distância da fonte geradora, serão apresentados resultados referentes a altura significativa determinadas tanto pela análise no domínio do tempo (HS) como pela análise no domínio da frequência (Hm0).

No que diz respeito aos períodos das ondas, as metodologias de dimensionamento de proteções, apresentadas na revisão bibliográfica indicam a utilização dos períodos de pico (TP) e períodos médios (T̅). Abou-Seida (1963) apresenta avaliações com relação ao período médio. Lopardo e Vernet (1978) e Mok (2004) avaliaram relações adimensionais com relação ao período de pico (TP). Já Gomes (2018) optou por realizar a avaliação de parâmetros adimensionais com relação ao período significativo (TS) obtido através da análise no domínio do tempo. Nas avaliações apresentadas a seguir, serão utilizados os dados de período significativo (TS). No entanto, as análises serão complementadas com informações das relações

adimensionais calculadas em função do período de pico (TP) obtido pela análise no domínio da frequência.

Conforme apresentado em 4.1.2.2 (Comparação entre as metodologias de análise de um registro de ondas) e em 4.1.3 (Comentário sobre os critérios para contagem e análise do registro de ondas), os valores dos parâmetros significativos das ondas definidos pelas análises do domínio do tempo e no domínio da frequência apresentam valores equivalentes quando tomadas as medidas necessárias com relação à determinação do critérios de contagem de ondas e à filtragem de sinais.

Os parâmetros relacionados ao ressalto hidráulico e utilizados nessas avaliações são apresentados na Tabela 4.39. Os dados referentes aos parâmetros de ondas foram apresentados no 4.1 (Análise do registro de ondas e determinação dos parâmetros de altura e período) e encontram-se apresentados de forma agrupada no Apêndice G. As posições adimensionalizadas X/(Y2-Y1) foram corrigidas considerando posição de início do ressalto com relação à bacia de dissipação (∆x), determinada no item 4.4.2.

Tabela 4.39 – Parâmetros característicos do ressalto hidráulico utilizados nas avaliações adimensional, valores obtidos no modelo parcial (escala 1:50).

Fr1 S% q (m³/s/m) Y1 (m) Y2 (m) TW (m) S=TW/Y2 E1 (m) E2 (m) 2,0 1,0 0,395 0,16 0,37 0,42 1,14 0,55 0,47 2,0 1,1 0,395 0,16 0,37 0,47 1,25 0,55 0,50 2,0 1,2 0,395 0,16 0,37 0,51 1,37 0,55 0,54 2,5 1,0 0,293 0,11 0,34 0,38 1,10 0,53 0,41 2,5 1,1 0,293 0,11 0,34 0,41 1,21 0,53 0,44 2,5 1,2 0,293 0,11 0,34 0,45 1,32 0,53 0,47 3,2 1,0 0,202 0,07 0,30 0,32 1,06 0,51 0,34 3,2 1,1 0,202 0,07 0,30 0,35 1,17 0,51 0,37 3,2 1,2 0,202 0,07 0,30 0,38 1,28 0,51 0,40 4,5 1,0 0,105 0,04 0,22 0,24 1,07 0,47 0,26 4,5 1,1 0,105 0,038 0,22 0,26 1,17 0,47 0,28 4,5 1,2 0,105 0,038 0,22 0,29 1,28 0,47 0,30 Onde:

Fr1 = número de Froude na seção de entrada do início do ressalto;

S% = submergência com relação ao nível de água fornecido pela curva-chave; q = vazão específica (m³/s/m);

Y1 = altura conjugada rápida na seção de entrada do ressalto hidráulico (m), valor medido para a condição de S%=1,0;

Y2 = altura conjugada lenta na seção de jusante do ressalto hidráulico (m), valor calculado pela equação de Bélanger (1828) a partir de Y1 medido;

TW = lâmina de água com relação à cota da bacia de dissipação (m), valor imposto durante os ensaios;

S = submergência calculada por TW/Y2;

E1 = energia do escoamento a montante do ressalto hidráulico (m), calculada para a condição S% = 1,0;

E2 = energia do escoamento a jusante do ressalto hidráulico (m);

4.4.3.1 Avaliações dos parâmetros adimensionais em função do número de Froude do ressalto hidráulico

Através das informações presentes na Tabela 4.39 realizou-se uma análise dos parâmetros adimensionais que relacionam as grandezas características das ondas e do escoamento, verificando sua variação em função do número de Froude (Fr1).

Visando realizar uma avaliação abrangente, mas que permita uma satisfatória visualização dos gráficos, serão apresentados os dados provenientes apenas para a primeira e a última sonda instaladas no canal, posições E1P2 e E6P2.

A Figura 4.59 apresenta o comportamento da relação entre HS/Y1 em função do número de Froude (Fr1).

Através da Figura 4.59 verifica-se que existe uma tendência de aumento do valor do adimensional HS/Y1 em função do aumento do número de Froude (Fr1) do ressalto hidráulico para as medições realizadas na posição E6P2. Também pode-se verificar que o comportamento descrito independe do grau de submergência.

Essa tendência de aumento de HS/Y1 em função de Fr1 também foi verificada por Abou- Seida (1963), Lopardo e Vernet (1978) e para os dados de Gomes (2018) para S<1,0 (ressalto afastado do pé do vertedouro).

No entanto, verifica-se para os dados provenientes da tomada E1P2, posição mais próxima ao ressalto, que a relação de proporcionalidade entre HS/Y1 e Fr1 não está bem definida. A Figura 4.60 apresenta a variação da relação HS/Y2 em função com o número de Froude.

Figura 4.59 – Relação HS/Y1 em função do número de Froude do ressalto hidráulico.

Figura 4.60 – Relação HS/Y2 em função do número de Froude do ressalto hidráulico. Pela análise da Figura 4.60 verifica-se que a relação HS/Y2 para as medições realizadas na posição E6P2, afastadas do ressalto hidráulico, apresentam valores com pouca variação em função de Fr1, resultando próximos a 0,085. Para essa posição de medição, os dados dessa pesquisa apresentam um comportamento semelhante ao verificado por Lopardo e Vernet (1978).

Já para os dados provenientes da sonda posicionada em E1P2, próximo ao final do ressalto hidráulico, verifica-se grande variação de HS/Y2 em função de Fr1, notadamente entre 2,0 < Fr1 < 3,2.

Visando verificar a influência com relação à profundidade do escoamento e, por consequência, à submergência, a Figura 4.61 apresenta a variação do parâmetro HS/TW.