No capítulo anterior foram mencionados os dois únicos testes de campo da literatura, instrumentados para medir parâmetros como velocidade, altura do fluxo e esforços de impacto, a saber Ensaios de campo Pieve di Alpago e Veltheim.
Estes ensaios foram selecionados para o desenvolvimento de simulações numéricas com o programa bi dimensional DANW, cujos resultados são avaliados em relação às medições de campo. O conhecimento da capacidade deste programa em representar um evento real de fluxo de detritos é importante, tendo em vista que os parâmetros necessários para as análises numéricas são mais simples e em menor quantidade do que os exigidos pelo programa tridimensional DAN3D.
Além disto, vislumbrou-se a possibilidade de se obter diretamente parâmetros relacionados aos esforços de impacto em barreiras. Importante lembrar que os dois ensaios de campo foram instrumentados com células de carga, permitindo a determinação dos esforços de impacto dos fluxos de detritos nas barreiras.
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6.3.1. Dados de entrada para a simulação Pieve di Alpago
A topografia usada na simulação foi a estabelecida pelos pesquisadores: um canal de 40m de comprimento com inclinação de 40º. A largura do canal, considerado com fator da seção transversal de 0,67, inicia-se com 2m, sendo progressivamente aumentada até 20m, local de instalação da barreira flexível.
A reologia de Voellmy foi escolhida para simular este fluxo de detritos e foram usados parâmetros recomendados por KWAN (2012) para o coeficiente de turbulência e ângulo de atrito interno, os quais foram 500 e 11, respectivamente. A massa específica foi considerada igual a 20 kN/m3 e coeficiente de atrito de 0,3.
Foram realizados um total de 12 lançamentos de fluxos de detritos com volume aproximado de 40m3 por lançamento. Este volume foi adotado como o volume inicial do fluxo de detritos nas simulações numéricas. O ponto de controle de resultados do DAN- W foi selecionado em função da posição da barreira no ensaio de campo, instrumentada com células de carga.
Veltheim
A topografia usada na simulação do ensaio de campo Veltheim corresponde à do canal real com largura constante de 8m. O comprimento do canal é de 40m com inclinação de 30º e com fator da seção transversal igual a 1.
Foi usada a reologia de Voellmy com coeficiente de turbulência de 500 e ângulo de atrito interno igual a 11º. A massa específica foi adotada igual a 19 kN/m3 e o coeficiente de atrito igual a 0,2.
Foram realizados 16 testes de campo com diferentes configurações de lançamento com um volume de 50m3 aproximadamente. O ponto de controle estabelecido no DAN-W corresponde aos locais de instalação dos sensores de velocidade no canal de fluxo.
6.3.2. Dados de saída para a simulação Pieve di Alpago
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Os resultados mais relevantes das simulações com o programa DAN-W indicam que a velocidade máxima igual a 12,4m/s ocorre a uma distância horizontal de 19m aproximadamente, que é o ponto onde aumenta a largura do canal.
O volume final do fluxo de detritos simulado é de 41,0m3, valor consistente com o volume inicial de lançamento e a reduzida erodibilidade do canal, uma vez que foi preparado de forma a não sofrer processos erosivos. A área de deposição de 347,4m2 não apresenta correspondência com a área real no ensaio, visto que se considerou um único lançamento. A Tabela 6.12 apresenta os resultados mais importantes obtidos das simulações com o programa DAN-W e sua relação com os resultados reais obtidos da instrumentação de campo, especificamente as células de carga na barreira.
Tabela 6.12. Comparação de resultados numéricos do DAN-W e reais dos ensaios de Pieve di Alpago.
Comparando os resultados entre as medições in situ com os resultados da simulação, observa-se que a altura do fluxo no ponto de controle obtida numericamente é igual a altura média do fluxo de detritos registrada in situ. A velocidade no ponto de controle da simulação encontra-se dentro dos valores correspondentes às medições feitas pelas câmeras e instrumentação dos pesquisadores.
A pressão de impacto estimada da modelagem levou em consideração a velocidade no ponto de controle, a massa específica de 1800 kg/m3 e o fator de impacto proposto por KWAN (2012), obtendo como resultado 302,9 kPa. Este valor foi comparado aos do ensaio in situ registrados pelas células de carga em diferentes cabos, anteriormente apresentada no Capítulo 5 (Figura 5.14). Para fins de comparação, alguns ajustes foram adotados. Por exemplo, as células de carga 18 e 19 não foram consideradas, pois se localizam em altura elevada, incompatível com a altura do fluxo de detritos simulado
302,9 Medições Pieve di
Alpago 0,7 2.51 - 9 2,12 214,13
Modelagem DAN-
W 0,72 7,49 3
Altura do fluxo no Ponto de Controle(m/s) Velocidade Ponto de Controle(m/s) Fator de Impacto Pressão Impacto (kPa)
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(primeiro lançamento). A célula de carga 21 também foi desprezada, pois sofre os efeitos de reação do fundo canal, registrando valores muito reduzidos.
Portanto, as células 15 e 20 foram selecionadas e seu valores foram tratados de forma a se considerar valores médios com desvio standard abrangendo 67% dos resultados. Este critério foi necessário, visto que os valores registrados apresentam grande variação, de 41kPa a 366kPa (conforme apresentado no Capítulo 5). Desta forma, obteve um valor de pressão de impacto médio de 214,1kPa, o que gera um fator de impacto de 2,12.
Finalmente, a comparação de resultados indica que a modelagem com o DAN-W e fator empírico de 2,12 é capaz de representar o fluxo de detritos de Pieve di Alpago. Note-se que fatores de impacto entre 2 e 3 têm sido propostos na literatura para as análises de fluxos de detritos.
Veltheim
A simulação do ensaio de fluxo de detritos de Veltheim com o programa DAN-W foi realizada tomando-se como pontos de controle aqueles indicado pela posição 1 e pela barreira da Figura 5.13, apresentada no Capítulo 5.
A velocidade máxima fornecida pela simulação é igual a 8,9m/s e corresponde ao valor de impacto na barreira. O volume final de fluxo de detritos obtido da simulação é de 49,9m3, similar aos 50m3 da medição in situ, que foi o valor do volume inicial do fluxo de detritos de Veltheim.
BUGNION et al. (2011) não especificam o valor da área de deposição após a conclusão do, o que impede a comparação com o valor fornecido pelo DAN-W e igual a 287,7m2. A Tabela 6.13 mostra os resultados obtidos numericamente e os valores medidos nos ensaios de campo, no ponto de controle (posição 1 no canal) e na barreira flexível. A altura do fluxo da modelagem é de 0,41 m, valor próximo da média das alturas medidas em campo no ponto de controle (com média de 0,56 m e valores entre 0,29 m e 0,99 m). A mesma concordância de valores é observada para a velocidade do fluxo no ponto de controle. O DAN-W fornece 8,4m/s e os registros dos ensaios de campo indicam uma média de 8,9 m/s, considerando a variação de 5,3 m/s a 10,4 m/s no ponto de controle e de 5,2m/s a 11,9m/s na posição das células de carga.
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Tabela 6.13. Comparação de resultados numéricos do DAN-W e reais dos ensaios de Veltheim.
Em relação à pressão de impacto, BUGNION et al. (2011) mediram a velocidade e a pressão de impacto em duas células de carga de diferentes tamanhos com diferentes áreas, obtendo distintos valores do fator de impacto nos lançamentos: variação do fator de impacto de 0,4 a 1,0 para a placa maior, e de 0,4 a 1,8 para a placa menor. Essas medidas sofrem a influência da área das placas. Ressalte-se que a pressão de impacto medida mostra uma faixa de valores muito ampla, de 28 kPa até 200 kPa, e o valor máximo (200 kPa) é atingido com um fator de impacto de 1,5, em lugar de 3, adotado na modelagem. Os fatores de impacto variando entre 2 e 3 oferecem resultados consistentes de pressões de impacto. Porém, sugere-se usar o maior (3) para fins de segurança de projetos.
Dos resultados obtidos nas simulações, pode-se concluir que o programa DAN-W conseguiu representar os fluxos de detritos dos ensaios de campo de Veltheim.