Justificativa e Importância da Pesquisa

Do ponto de vista mecanicista, foco desta pesquisa, sabe-se que em acidentes da natureza aqui tratada, além da formação de frentes energeticamente danosas, o transporte de sedimentos é significativo nos fluxos resultantes, sejam de fluidos ainda de propriedades newtonianas (água) ou fluidos não-newtonianos (água+ finos, hiperconcentrados), podendo surgir, no seio destes escoamentos, instabilidades que viriam a potencializar os danos

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causados. Estes fenômenos são instabilidades de elevado nível energético que podem surgir na superfície livre de corridas de lama em canais inclinados, encostas, e que tendem a se propagar sob forma de um trem de ondas. Estas ondas que se apresentam com formas constantes e periódicas e com velocidade de propagação característica são denominadas roll

waves.

Apesar de surgirem mais frequentemente em canais artificiais (Figura 3), não é raro encontrá-las em ambientes naturais, tais como, em rios e lagos (FER; LEMMIN; THORPE, 2003), deslizamentos de encostas, debris e mudflows, avalanches, etc.

Figura 3 - Propagação de roll waves em canais artificiais: (a) Roll waves em vertedouro do reservatório de

LlynBrianne, em Wales, Reino Unido, (b) Rol l waves em um canal de concreto, (Lions Bay, British Columbia – Canadá), (c) Roll waves em escoamento hiperconcentrado

(a) (b)

(c)

Fontes: (a)Gibson (2008), (b) Balmforth (2011), (c) Irstea (2001).

Dentro do contexto de catástrofes naturais e seus riscos, a equipe RMVP – Reologia de Materiais Viscosos e Viscoplásticos – Grupo de pesquisa certificado no CNPq – UNESP

vem desenvolvendo trabalhos, de natureza teórica, física e numérica, na busca de identificar propriedades reométricas de materiais hiperconcentrados, como, por exemplo, mistura de água e argila, água, areia, argila (MACIEL; SANTOS; FERREIRA, 2009), com aplicação em problemas tipo ruptura de barragem (LEITE, 2009; MINUSSI; MACIEL, 2012) e, ainda, formação de instabilidades na superfície livre de escoamentos hiperconcentrados (FERREIRA et al. 2011), de natureza não-newtoniana, tema deste trabalho de doutorado.

A presença de roll waves, seja em canais naturais ou artificiais além de ocasionar transbordamentos e carreamento de detritos, devido ao seu poder erosivo, o fenômeno pode causar sérios prejuízos econômicos e sociais, caso atinjam ambientes com presença de infraestrutura civil e população. Embora não exista no Brasil a presença do fenômeno comprovada através de medições em canais naturais ou artificiais, ou encostas, outros países, como Nova Zelândia, China, Suíça e Itália confirmam o surgimento de frentes e trens de ondas em escoamentos lamosos.

Um exemplo destas ocorrências foi em Acquabona, na Itália, onde existe uma bacia de drenagem que contém um canal de 1300 m com registros de escoamentos com presença de frentes de ondas e carregamento significativo de detritos. Por se tratar de um local bem delimitado, fenômenos desta natureza podem ser oportunamente registrados, através de estações de medições instaladas ao longo do canal compostas por sondas ultrassônicas, que possibilitam medição de profundidade do escoamento em função do tempo. Assim, é possível confirmar a presença de frentes de ondas e medir suas amplitudes e velocidade de propagação, conforme explicitado por Zanutti e Lamberti (2007). Nos dias 25 e 27 de Julho de 1998 e 17 de Agosto do mesmo ano, foram efetuadas medições de pluviosidade e da profundidade do escoamento. A Figura 4 apresenta dados obtidos nos três dias de evento, caracterizando a altura das frentes de onda em função do tempo.

Figura 4 – Medidas hidrográficas feitas em uma das estações de medidas situada na parte inferior do canal de

Acquabona: (a) 25 de Julho; (b) 27 de Julho e (c) 17 de Agosto, de 1998.

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(b)

(c)

Fonte: Zanuttigh e Lamberti (2007).

Os eventos de julho de 1998 (Figuras 4a e 4b) podem ser considerados de pequeno porte, já que o volume de material escoado era pequeno (600-700 m³ e 400-500 m³ em 25 e 27 de Julho, respectivamente) e a velocidade das frentes de ondas também podem ser consideradas baixas (< 1 m/s). Salienta-se que no dia 25, as tempestades foram precedidas por 14 mm de precipitação durante 7 horas, enquanto que no dia 27 as tempestades ocorreram após 46 horas sem chuva.

Já o evento do dia 17 de Agosto (Figura 4c) foi desencadeado por uma intensa tempestade, com uma precipitação de 25,4 mm em 30 minutos, causando um depósito de material sedimentar e rochoso de aproximadamente 8000 m³. Enquanto os eventos de julho foram de curta duração (4 e 2 minutos, respectivamente) e apresentaram um pico único, o evento do dia 17 de Agosto teve duração de 38 minutos e mais de 20 ondas (com evidências de roll waves) se formaram, com velocidade de propagação de 2 a 8 m/s. Este tipo de informação no Brasil ainda é escasso, se não inexistente.

É importante destacar que o tratamento da natureza de fluidos presentes neste tipo de evento requer cuidado, pois surge naturalmente a necessidade de se identificar e qualificar a

parcela sólida da mistura e a própria mistura (coesiva/não coesiva, por exemplo) assim como, e sobretudo, quantificar as correlações existentes entre tensões aplicadas no escoamento com as taxas de deformação decorrentes, ou seja, a reologia do material em escoamento, que, via de regra, apresenta relativa complexidade.

Ainda que quando da tentativa de modelagem matemática introduzem-se os termos mais apropriados a cada tipo de fenômeno (mud floods, mudflows, debris flows), numa tentativa de categorização dos eventos, sabe-se da dificuldade e complexidade em catalogar um determinado evento em função das variabilidades dos parâmetros físicos, dados reológicos experimentais oriundos de coleta de material algumas vezes localizada e não em todo trecho da corrida, ou até mesmo em função da precariedade e/ou inexistência dessas informações.

Neste sentido, identificar as condições de formação e manutenção de instabilidades do tipo roll waves, e desenvolver métodos de previsão de sua evolução são trabalhos de interesse no ramo científico. Maciel (2011) ilustra e tenta aproximar este tema em sua reflexão sobre o atual problema de gestão de riscos e de prevenção de catástrofes no Brasil.

Cabe salientar, que o estudo da ocorrência, evolução e prevenção destas instabilidades (roll waves) é tema de competências múltiplas, abrangendo matemática de sistemas hiperbólicos, sistemas dinâmicos, teoria da bifurcação, física, e diversos campos das engenharias, devendo, forte provavelmente, chamar à atenção e o interesse de engenheiros hidráulicos e de recursos hídricos.