Cenário i – Geometria 1

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dados de entrada e saída em formato ASCII, de forma que o usuário deva gerar seus próprios gráficos e análises evolutivas da brecha. Como vantagem, o DL BREACH utiliza o Sistema Internacional (SI) enquanto que o WINDAM C utiliza de unidades inglesas (US), necessitando que todos os dados de entrada e resultados passe por um processo de conversão de unidades.

 A relação obtida por Hanson et al. (2011) de C = 0,25. _d aplicou-se bem ao método numérico atribuído ao WINDAM C, mas, quando inserido ao DL-BREACH, nota-se que os resultados foram mais promissores quando os coeficientes foram mensurados;

 Os coeficientes de erodibilidade devem ser mensurados por métodos distintos para representar a erosão superficial e a migração do headcut. A maneira em que foi mensurado o coeficiente durante a erosão superficial no próprio modelo reduzido apresentou resultados satisfatórios quando comparados com a literatura visto que basicamente a erosão ocorreu em função do excesso de tensão cisalhante, condizente com o comportamento hidráulico utilizado nos aparatos de medições (Item 3.2.3). Em contrapartida, o escoamento turbulento a jusante do headcut possivelmente corroborou para que a erosão fosse decorrente de demais fatores além de somente o excesso de tensão cisalhante, esse fato será melhor avaliado nas simulações do FLOW-3D®, justificando a obtenção de maiores valores para o coeficiente de erodibilidade;

 A formação de degraus apresenta outras tensões e condicionantes além da tensão de cisalhamento do solo. O jato de água formado pela queda de água ocasionada pela parede vertical do headcut gera pressões a jusante que tem como influência: a altura do headcut, nível de água a jusante do maciço, formação de vórtices com o jato de água, conforme apresentado nos trabalhos de Bennett e Alonso (2005) e Wei et al. (2021). Deve-se assim ser avaliado com mais detalhamento se o coeficiente de erodibilidade consegue englobar essas variantes.

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No Cenário i, observou-se o comportamento do escoamento considerando a areação com uma adição passiva ao fluxo principal, sem afeta-lo e mantendo apenas a densidade da água. Os resultados encontram-se apresentados na Figura 5.10 a Figura 5.12.

Figura 5.10 –Cenário i – Velocidade de escoamento e vetores de velocidade na região a jusante dos headcuts.

Pelo exposto na Figura 5.10, conforme já avaliado por Bennett e Alonso (2005) e Wei et al. (2021), observa-se a formação da separação de escoamento em que ocorre o desprendimento da camada limite do fluido em relação a uma superfície sólida. Assim, notou-se a formação do núcleo de maior velocidade acima do vórtice formado próximo à face do headcut, tanto o superior quanto o inferior.

Nessa região de formação da bolha inferior as velocidades são inferiores à região de recolamento, conforme esperado e já observado por Bennett e Alonso (2005) e Wei et al. (2021).

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Figura 5.11 –Cenário i – (a) Perfil longitudinal com a distribuição das pressões ao longo do escoamento e (b) Distribuição das pressões em perspectiva.

Na Figura 5.11 pode ser observada a formação do gradiente adverso de pressão, possivelmente em função da mudança abrupta na geometria, condicionando a separação do escoamento e posterior recolamento. Conforme já observado por Araújo (2017), a presença desse gradiente corrobora para a diminuição da velocidade, sendo essa redução de maneira mais intensa nas regiões próximas a parede, condizente com o observado na Figura 5.10.

Adicionalmente pode-se observar a formação de pressões negativas nos extremos superiores dos espelhos e pressões positivas máximas nos patamares a jusante de cada headcut, condizente com o comportamento esperado em degraus de vertedouros (XU et al., 2015). Essa pressão negativa na

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face vertical, conforme observado por Xu et al. (2015), pode evitar a cavitação com uma areação suficiente do escoamento.

Figura 5.12 – Cenário i – (a) Perfil longitudinal com a distribuição das tensões cisalhantes ao longo do escoamento e (b) Distribuição das tensões cisalhantes em perspectiva.

Conforme ilustrado na Figura 5.12 e já mensurado por Wei et al. (2021), a tensão de cisalhamento tende a ser nula no local de inserção do jato de água com a superfície e os picos de tensão cisalhante ocorrem a montante e a jusante desse ponto de contato, conforme ilustrado na Figura 3.50 e Figura 3.51. Além disso, observou-se com as simulações que as tensões cisalhantes atuantes reduzem consideravelmente com a mudança de geometria do maciço, ou melhor, com a ocorrência do

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headcut. Nota-se pela Figura 5.12 que a tensão cisalhante é mais expressiva no trecho em que o leito e o escoamento encontram-se paralelos. Com o início do headcut e desprendimento da camada limite do fluido em relação ao maciço, observa-se que a tensão cisalhante volta a aumentar a jusante do ponto de recolamento, ponto de contato do jato de água com a superfície sólida. Já o escoamento a montante desse ponto, próximo à face do headcut marcada pela formação do vórtice, notou-se uma redução considerável da tensão cisalhante.

Nota-se assim que, no caso da Geometria 1, na face do headcut o processo erosivo não é decorrente primordialmente do excesso da tensão cisalhante, como acontece no trecho do talude a montante do degrau e pode ser visto na Figura 5.12. A jusante do headcut, com a mudança na geometria e descolamento da camada limite a face do maciço, os picos de tensão cisalhante e velocidade ocorrem a jusante dessa face. Portanto, o processo de migração do headcut está mais atrelado à desestabilização do bloco em função dos vórtices e pressões gerados nas proximidades do degrau.

Além disso, possivelmente, o processo erosivo no leito a jusante da face do headcut e do jato de água também contribuem para uma desestabilização do bloco de solo do degrau.

Além disso, ressalta-se a importância de avaliar a aeração do escoamento visto que o ar pode interferir consideravelmente nas tensões cisalhantes e pressões para a desestabilização e erosão do headcut. Essa análise deve ser realizada com auxilio de medições experimentais da aeração visto que se trata de uma difícil definição da porcentagem de entrada de ar que irá atuar no escoamento.